* cp-tree.def (FUNCTION_NAME): New tree node.
[official-gcc.git] / gcc / md.texi
blob2910473de026a8f9fe4816bd42ac96856b7ef584
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 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
36                           for a standard operation.
37 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
38 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
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 @end table
425 @node Output Template
426 @section Output Templates and Operand Substitution
427 @cindex output templates
428 @cindex operand substitution
430 @cindex @samp{%} in template
431 @cindex percent sign
432 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
433 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
434 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
435 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
436 identify places where different variants of the assembler require
437 different syntax.
439 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
440 operand @var{n} at that point in the string.
442 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
443 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
444 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
445 additional letters with nonstandard meanings.
447 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
448 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
449 operand.
451 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
452 the constant is negated before printing.
454 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
455 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
456 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
457 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
458 as if it were a memory reference.
460 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
461 instruction.
463 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
464 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
465 referred to more than once in a single template that generates multiple
466 assembler instructions.
468 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
469 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
470 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
471 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
472 which punctuation characters are valid with the
473 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
475 @cindex \
476 @cindex backslash
477 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
478 for the instructions, with @samp{\;} between them.
480 @cindex matching operands
481 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
482 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
483 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
484 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
485 operand.
487 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
488 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
489 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
490 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
491 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
492 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
493 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
494 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
495 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
496 it to do nothing.
498 @cindex @code{#} in template
499 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
500 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
501 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
502 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
503 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
504 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
505 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
506 instructions.
508 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
509 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
510 describe multiple variants of assembler language syntax.
511 @xref{Instruction Output}.
513 @node Output Statement
514 @section C Statements for Assembler Output
515 @cindex output statements
516 @cindex C statements for assembler output
517 @cindex generating assembler output
519 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
520 assembler code for all the cases that are recognized by a single
521 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
522 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
523 machine instructions.
525 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
526 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
527 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
528 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
529 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
530 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
531 might write this pattern:
533 @smallexample
534 (define_insn "addsi3"
535   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
536         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
537                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
538   ""
539   "@@
540    addr %2,%0
541    addm %2,%0")
542 @end smallexample
544 @cindex @code{*} in template
545 @cindex asterisk in template
546 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
547 output template but rather a piece of C program that should compute a
548 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
549 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
550 require doublequote characters to delimit them.  To include these
551 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
553 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
554 is @code{rtx []}.
556 It is very common to select different ways of generating assembler code
557 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
558 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
559 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
560 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
561 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
562 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
563 values of those bits.
565 @findex output_asm_insn
566 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
567 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
568 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
569 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
570 that you declare locally and initialize yourself.
572 @findex which_alternative
573 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
574 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
575 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
576 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
577 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
578 etc.).
580 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
581 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
582 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
584 @smallexample
585 (define_insn ""
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (const_int 0))]
588   ""
589   "*
590   return (which_alternative == 0
591           ? \"clrreg %0\" : \"clrmem %0\");
592   ")
593 @end smallexample
595 The example above, where the assembler code to generate was
596 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
597 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
599 @smallexample
600 @group
601 (define_insn ""
602   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
603         (const_int 0))]
604   ""
605   "@@
606    clrreg %0
607    clrmem %0")
608 @end group
609 @end smallexample
610 @end ifset
612 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
613 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
614 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
615 @ifset INTERNALS
616 @node Constraints
617 @section Operand Constraints
618 @cindex operand constraints
619 @cindex constraints
621 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
622 constraint for the type of operands allowed.
623 @end ifset
624 @ifclear INTERNALS
625 @node Constraints
626 @section Constraints for @code{asm} Operands
627 @cindex operand constraints, @code{asm}
628 @cindex constraints, @code{asm}
629 @cindex @code{asm} constraints
631 Here are specific details on what constraint letters you can use with
632 @code{asm} operands.
633 @end ifclear
634 Constraints can say whether
635 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
636 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
637 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
638 have.  Constraints can also require two operands to match.
640 @ifset INTERNALS
641 @menu
642 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
643 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
644 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
645 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
646 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
647 @end menu
648 @end ifset
650 @ifclear INTERNALS
651 @menu
652 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
653 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
654 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
655 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
656 @end menu
657 @end ifclear
659 @node Simple Constraints
660 @subsection Simple Constraints
661 @cindex simple constraints
663 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
664 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
665 the letters that are allowed:
667 @table @asis
668 @cindex @samp{m} in constraint
669 @cindex memory references in constraints
670 @item @samp{m}
671 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
672 supports in general.
674 @cindex offsettable address
675 @cindex @samp{o} in constraint
676 @item @samp{o}
677 A memory operand is allowed, but only if the address is
678 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
679 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
680 may be added to the address and the result is also a valid memory
681 address.
683 @cindex autoincrement/decrement addressing
684 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
685 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
686 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
687 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
688 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
689 addresses may or may not be offsettable depending on the other
690 addressing modes that the machine supports.
692 Note that in an output operand which can be matched by another
693 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
694 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
695 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
697 @cindex @samp{V} in constraint
698 @item @samp{V}
699 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
700 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
702 @cindex @samp{<} in constraint
703 @item @samp{<}
704 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
705 postdecrement) is allowed.
707 @cindex @samp{>} in constraint
708 @item @samp{>}
709 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
710 postincrement) is allowed.
712 @cindex @samp{r} in constraint
713 @cindex registers in constraints
714 @item @samp{r}
715 A register operand is allowed provided that it is in a general
716 register.
718 @cindex @samp{d} in constraint
719 @item @samp{d}, @samp{a}, @samp{f}, @dots{}
720 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
721 particular classes of registers.  @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are
722 defined on the 68000/68020 to stand for data, address and floating
723 point registers.
725 @cindex constants in constraints
726 @cindex @samp{i} in constraint
727 @item @samp{i}
728 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
729 This includes symbolic constants whose values will be known only at
730 assembly time.
732 @cindex @samp{n} in constraint
733 @item @samp{n}
734 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
735 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
736 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
737 rather than @samp{i}.
739 @cindex @samp{I} in constraint
740 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
741 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
742 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
743 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
744 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
745 This is the range permitted as a shift count in the shift
746 instructions.
748 @cindex @samp{E} in constraint
749 @item @samp{E}
750 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
751 allowed, but only if the target floating point format is the same as
752 that of the host machine (on which the compiler is running).
754 @cindex @samp{F} in constraint
755 @item @samp{F}
756 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
757 allowed.
759 @cindex @samp{G} in constraint
760 @cindex @samp{H} in constraint
761 @item @samp{G}, @samp{H}
762 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
763 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
765 @cindex @samp{s} in constraint
766 @item @samp{s}
767 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
768 allowed.
770 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
771 value not known at compile time, it certainly must allow any known
772 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
773 better code to be generated.
775 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
776 use an immediate operand; but if the immediate value is between -128
777 and 127, better code results from loading the value into a register and
778 using the register.  This is because the load into the register can be
779 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
780 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
781 range -128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
782 constraints.
784 @cindex @samp{g} in constraint
785 @item @samp{g}
786 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
787 registers that are not general registers.
789 @cindex @samp{X} in constraint
790 @item @samp{X}
791 @ifset INTERNALS
792 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
793 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
794 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
795 require a scratch register.
796 @end ifset
797 @ifclear INTERNALS
798 Any operand whatsoever is allowed.
799 @end ifclear
801 @cindex @samp{0} in constraint
802 @cindex digits in constraint
803 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
804 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
805 digit is used together with letters within the same alternative, the
806 digit should come last.
808 @cindex matching constraint
809 @cindex constraint, matching
810 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
811 that the assembler has only a single operand that fills two roles
812 @ifset INTERNALS
813 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
814 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
815 @end ifset
816 @ifclear INTERNALS
817 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
818 two input operands and an output operand, but on most CISC
819 @end ifclear
820 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
821 input-output operand:
823 @smallexample
824 addl #35,r12
825 @end smallexample
827 Matching constraints are used in these circumstances.
828 More precisely, the two operands that match must include one input-only
829 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
830 smaller number than the number of the operand that uses it in the
831 constraint.
833 @ifset INTERNALS
834 For operands to match in a particular case usually means that they
835 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
836 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
837 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
838 For proper results in such cases, the output template should always
839 use the output-operand's number when printing the operand.
840 @end ifset
842 @cindex load address instruction
843 @cindex push address instruction
844 @cindex address constraints
845 @cindex @samp{p} in constraint
846 @item @samp{p}
847 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
848 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
850 @findex address_operand
851 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
852 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
853 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
854 reference for which the address would be valid.
856 @cindex extensible constraints
857 @cindex @samp{Q}, in constraint
858 @item @samp{Q}, @samp{R}, @samp{S}, @dots{} @samp{U}
859 Letters in the range @samp{Q} through @samp{U} may be defined in a
860 machine-dependent fashion to stand for arbitrary operand types.
861 @ifset INTERNALS
862 The machine description macro @code{EXTRA_CONSTRAINT} is passed the
863 operand as its first argument and the constraint letter as its
864 second operand.
866 A typical use for this would be to distinguish certain types of
867 memory references that affect other insn operands.
869 Do not define these constraint letters to accept register references
870 (@code{reg}); the reload pass does not expect this and would not handle
871 it properly.
872 @end ifset
873 @end table
875 @ifset INTERNALS
876 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
877 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
878 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
879 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
880 done by copying an operand into a register.
882 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
884 @smallexample
885 (define_insn ""
886   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
887         (plus:SI (match_dup 0)
888                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
889   ""
890   "@dots{}")
891 @end smallexample
893 @noindent
894 which has two operands, one of which must appear in two places, and
896 @smallexample
897 (define_insn ""
898   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
899         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
900                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
901   ""
902   "@dots{}")
903 @end smallexample
905 @noindent
906 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
907 identical.  If we are considering an insn of the form
909 @smallexample
910 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
911   (set (reg:SI 3)
912        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
913   @dots{})
914 @end smallexample
916 @noindent
917 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
918 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
919 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
920 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
921 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
922 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
923 results might look like this:
925 @smallexample
926 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
927   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
928   @dots{})
930 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
931   (set (reg:SI 3)
932        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
933   @dots{})
934 @end smallexample
936 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
937 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
938 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
939 for each possible combination of operand expressions, have at least one
940 alternative which can handle that combination of operands.)  The
941 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
942 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
943 reloading any possible operand so that it will fit.
945 @itemize @bullet
946 @item
947 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
948 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
950 For example, an operand whose constraints permit everything except
951 registers is safe provided its predicate rejects registers.
953 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
954 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
955 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
956 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
957 more selective.
959 @item
960 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
961 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
962 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
963 compiler knows how to copy a register into another register of the
964 proper class in order to make an instruction valid.
966 @cindex nonoffsettable memory reference
967 @cindex memory reference, nonoffsettable
968 @item
969 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
970 address into a register.  So if the constraint uses the letter
971 @samp{o}, all memory references are taken care of.
973 @item
974 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
975 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
976 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
977 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
979 @item
980 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
981 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
982 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
983 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
984 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
985 objects allowed by the constraint.
986 @end itemize
988 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
989 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
990 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
991 how to copy a register temporarily into memory.
993 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
994 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
995 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
996 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
997 extended.  This predicate for the input operands accepts a
998 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
999 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1000 @code{sign_extend}.
1001 @end ifset
1003 @node Multi-Alternative
1004 @subsection Multiple Alternative Constraints
1005 @cindex multiple alternative constraints
1007 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1008 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1009 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1010 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1011 another.
1013 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1014 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1015 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1016 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1017 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1018 @ifset INTERNALS
1019 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1021 @smallexample
1022 (define_insn "iorsi3"
1023   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1024         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1025                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1026   @dots{})
1027 @end smallexample
1029 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1030 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1031 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1032 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1033 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1034 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1035 @end ifset
1037 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1038 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1039 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1040 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1041 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1042 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1043 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1045 @table @code
1046 @cindex @samp{?} in constraint
1047 @cindex question mark
1048 @item ?
1049 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1050 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1051 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1052 in it.
1054 @cindex @samp{!} in constraint
1055 @cindex exclamation point
1056 @item !
1057 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1058 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1059 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1060 @end table
1062 @ifset INTERNALS
1063 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1064 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1065 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1066 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1067 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1068 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1069 @end ifset
1071 @ifset INTERNALS
1072 @node Class Preferences
1073 @subsection Register Class Preferences
1074 @cindex class preference constraints
1075 @cindex register class preference constraints
1077 @cindex voting between constraint alternatives
1078 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1079 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1080 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1081 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1082 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1083 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1084 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1085 favor of a general register.  The machine description says which registers
1086 are considered general.
1088 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1089 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1090 @end ifset
1092 @node Modifiers
1093 @subsection Constraint Modifier Characters
1094 @cindex modifiers in constraints
1095 @cindex constraint modifier characters
1097 @c prevent bad page break with this line
1098 Here are constraint modifier characters.
1100 @table @samp
1101 @cindex @samp{=} in constraint
1102 @item =
1103 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1104 value is discarded and replaced by output data.
1106 @cindex @samp{+} in constraint
1107 @item +
1108 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1110 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1111 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1112 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1113 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1114 are assumed to be input only.
1116 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1117 first character of the constraint string.
1119 @cindex @samp{&} in constraint
1120 @cindex earlyclobber operand
1121 @item &
1122 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1123 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1124 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1125 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1126 address.
1128 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1129 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1130 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1131 @samp{movdf} insn of the 68000.
1133 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only 
1134 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1135 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1136 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber. 
1137 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM.
1139 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1141 @cindex @samp{%} in constraint
1142 @item %
1143 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1144 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1145 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1146 constraints.
1147 @ifset INTERNALS
1148 This is often used in patterns for addition instructions
1149 that really have only two operands: the result must go in one of the
1150 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1151 instruction is defined:
1153 @smallexample
1154 (define_insn "addhi3"
1155   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1156      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1157               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1158   @dots{})
1159 @end smallexample
1160 @end ifset
1162 @cindex @samp{#} in constraint
1163 @item #
1164 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1165 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1166 register preferences.
1168 @ifset INTERNALS
1169 @cindex @samp{*} in constraint
1170 @item *
1171 Says that the following character should be ignored when choosing
1172 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1173 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1175 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1176 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1177 copying it into an address register.  While either kind of register is
1178 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1179 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1180 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1181 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1182 register preferences.
1184 @smallexample
1185 (define_insn "extendhisi2"
1186   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1187         (sign_extend:SI
1188          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1189   @dots{})
1190 @end smallexample
1191 @end ifset
1192 @end table
1194 @node Machine Constraints
1195 @subsection Constraints for Particular Machines
1196 @cindex machine specific constraints
1197 @cindex constraints, machine specific
1199 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1200 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1201 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1202 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1203 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1204 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1205 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1206 immediate-constant format.
1208 For each machine architecture, the @file{config/@var{machine}.h} file
1209 defines additional constraints.  These constraints are used by the
1210 compiler itself for instruction generation, as well as for @code{asm}
1211 statements; therefore, some of the constraints are not particularly
1212 interesting for @code{asm}.  The constraints are defined through these
1213 macros:
1215 @table @code
1216 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1217 Register class constraints (usually lower case).
1219 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1220 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1221 word size or smaller precision (usually upper case).
1223 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1224 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1225 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1227 @item EXTRA_CONSTRAINT
1228 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1229 is only defined for some machines.
1230 @end table
1232 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1233 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1234 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1235 available on some particular machines.
1237 @table @emph
1238 @item ARM family---@file{arm.h}
1239 @table @code
1240 @item f
1241 Floating-point register
1243 @item F
1244 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1245 or 10.0
1247 @item G
1248 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1249 were negated
1251 @item I
1252 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1253 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1254 multiple of 2
1256 @item J
1257 Integer in the range -4095 to 4095
1259 @item K
1260 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1262 @item L
1263 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1265 @item M
1266 Integer in the range 0 to 32
1268 @item Q
1269 A memory reference where the exact address is in a single register
1270 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1272 @item R
1273 An item in the constant pool
1275 @item S
1276 A symbol in the text segment of the current file
1277 @end table
1279 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1280 @table @code
1281 @item l
1282 Local register 0
1284 @item b
1285 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1287 @item q
1288 @samp{Q} register
1290 @item h
1291 Special purpose register
1293 @item A
1294 First accumulator register
1296 @item a
1297 Other accumulator register
1299 @item f
1300 Floating point register
1302 @item I
1303 Constant greater than 0, less than 0x100
1305 @item J
1306 Constant greater than 0, less than 0x10000
1308 @item K
1309 Constant whose high 24 bits are on (1)
1311 @item L
1312 16 bit constant whose high 8 bits are on (1)
1314 @item M
1315 32 bit constant whose high 16 bits are on (1)
1317 @item N
1318 32 bit negative constant that fits in 8 bits
1320 @item O
1321 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32 bit constant
1322 whose low 16 bits are 0.
1324 @item P
1325 16 bit negative constant that fits in 8 bits
1327 @item G
1328 @itemx H
1329 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1330 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1331 @end table
1333 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1334 @table @code
1335 @item b
1336 Address base register
1338 @item f
1339 Floating point register
1341 @item h
1342 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1344 @item q
1345 @samp{MQ} register
1347 @item c
1348 @samp{CTR} register
1350 @item l
1351 @samp{LINK} register
1353 @item x
1354 @samp{CR} register (condition register) number 0
1356 @item y
1357 @samp{CR} register (condition register)
1359 @item z
1360 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1362 @item I
1363 Signed 16 bit constant
1365 @item J
1366 Unsigned 16 bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for 
1367 @code{SImode} constants)
1369 @item K
1370 Unsigned 16 bit constant
1372 @item L
1373 Signed 16 bit constant shifted left 16 bits
1375 @item M
1376 Constant larger than 31
1378 @item N
1379 Exact power of 2
1381 @item O
1382 Zero
1384 @item P
1385 Constant whose negation is a signed 16 bit constant
1387 @item G
1388 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1389 instruction per word
1391 @item Q
1392 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1393 for @code{asm} statements)
1395 @item R
1396 AIX TOC entry
1398 @item S
1399 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1401 @item T
1402 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1404 @item U
1405 System V Release 4 small data area reference
1406 @end table
1408 @item Intel 386---@file{i386.h}
1409 @table @code
1410 @item q
1411 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register
1413 @item A
1414 @samp{a}, or @code{d} register (for 64-bit ints)
1416 @item f
1417 Floating point register
1419 @item t
1420 First (top of stack) floating point register
1422 @item u
1423 Second floating point register
1425 @item a
1426 @samp{a} register
1428 @item b
1429 @samp{b} register
1431 @item c
1432 @samp{c} register
1434 @item d
1435 @samp{d} register
1437 @item D
1438 @samp{di} register
1440 @item S
1441 @samp{si} register
1443 @item I
1444 Constant in range 0 to 31 (for 32 bit shifts)
1446 @item J
1447 Constant in range 0 to 63 (for 64 bit shifts)
1449 @item K
1450 @samp{0xff}
1452 @item L
1453 @samp{0xffff}
1455 @item M
1456 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1458 @item N
1459 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1461 @item G
1462 Standard 80387 floating point constant
1463 @end table
1465 @item Intel 960---@file{i960.h}
1466 @table @code
1467 @item f
1468 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1470 @item l
1471 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1473 @item b
1474 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1476 @item d
1477 Any local or global register
1479 @item I
1480 Integers from 0 to 31
1482 @item J
1485 @item K
1486 Integers from -31 to 0
1488 @item G
1489 Floating point 0
1491 @item H
1492 Floating point 1
1493 @end table
1495 @item MIPS---@file{mips.h}
1496 @table @code
1497 @item d
1498 General-purpose integer register
1500 @item f
1501 Floating-point register (if available)
1503 @item h
1504 @samp{Hi} register
1506 @item l
1507 @samp{Lo} register
1509 @item x
1510 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1512 @item y
1513 General-purpose integer register
1515 @item z
1516 Floating-point status register
1518 @item I
1519 Signed 16 bit constant (for arithmetic instructions)
1521 @item J
1522 Zero
1524 @item K
1525 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1527 @item L
1528 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1530 @item M
1531 32 bit constant which requires two instructions to load (a constant
1532 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1534 @item N
1535 Negative 16 bit constant
1537 @item O
1538 Exact power of two
1540 @item P
1541 Positive 16 bit constant
1543 @item G
1544 Floating point zero
1546 @item Q
1547 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1548 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1550 @item R
1551 Memory reference that can be loaded with one instruction
1552 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1554 @item S
1555 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1556 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1557 @end table
1559 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1560 @table @code
1561 @item a
1562 Address register
1564 @item d
1565 Data register
1567 @item f
1568 68881 floating-point register, if available
1570 @item x
1571 Sun FPA (floating-point) register, if available
1573 @item y
1574 First 16 Sun FPA registers, if available
1576 @item I
1577 Integer in the range 1 to 8
1579 @item J
1580 16 bit signed number
1582 @item K
1583 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1585 @item L
1586 Integer in the range -8 to -1
1588 @item M
1589 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1591 @item G
1592 Floating point constant that is not a 68881 constant
1594 @item H
1595 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1596 @end table
1598 @need 1000
1599 @item SPARC---@file{sparc.h}
1600 @table @code
1601 @item f
1602 Floating-point register that can hold 32 or 64 bit values.
1604 @item e
1605 Floating-point register that can hold 64 or 128 bit values.
1607 @item I
1608 Signed 13 bit constant
1610 @item J
1611 Zero
1613 @item K
1614 32 bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1615 loaded with the @code{sethi} instruction)
1617 @item G
1618 Floating-point zero
1620 @item H
1621 Signed 13 bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1623 @item Q
1624 Memory reference that can be loaded with one instruction  (@samp{m} is
1625 more appropriate for @code{asm} statements)
1627 @item S
1628 Constant, or memory address
1630 @item T
1631 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1633 @item U
1634 Even register
1635 @end table
1636 @end table
1638 @ifset INTERNALS
1639 @node Standard Names
1640 @section Standard Pattern Names For Generation
1641 @cindex standard pattern names
1642 @cindex pattern names
1643 @cindex names, pattern
1645 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
1646 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
1647 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
1648 pattern to accomplish a certain task.
1650 @table @asis
1651 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
1652 @item @samp{mov@var{m}}
1653 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
1654 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
1655 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
1657 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
1658 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
1659 to store the specified value in the part of the register that corresponds
1660 to mode @var{m}.  The effect on the rest of the register is undefined.
1662 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
1663 of these names @emph{must} be defined, because there is no other way
1664 to copy a datum from one place to another.
1666 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
1667 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
1668 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
1669 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
1670 into a register.
1672 @findex force_reg
1673 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
1674 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
1675 registers other than the operands.  For example, if you support the
1676 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
1677 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
1678 function which might generate new pseudo registers.
1680 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
1681 fetching those modes from memory normally requires several insns and
1682 some temporary registers.  Look in @file{spur.md} to see how the
1683 requirement can be satisfied.
1685 @findex change_address
1686 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
1687 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
1688 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
1689 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
1690 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
1691 an address into a valid address and no routine (such as
1692 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
1693 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
1695 @findex reload_in_progress
1696 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
1697 declared if required) can be used to determine whether such special
1698 handling is required.
1700 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
1701 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
1702 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
1703 machines explicit memory references will get optional reloads.
1705 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
1706 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
1708 If there are cases needing
1709 scratch registers after reload, you must define
1710 @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and perhaps also
1711 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
1712 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
1713 them.  @xref{Register Classes}.
1715 @findex no_new_pseudos
1716 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
1717 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
1718 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
1720 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
1721 register to any other hard register provided that
1722 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
1723 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
1725 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
1726 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
1727 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
1728 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
1729 point members.
1731 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
1732 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
1733 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
1734 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
1735 floating point registers, then the constraints of the fixed point
1736 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
1737 reload into a floating point register.
1739 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
1740 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
1741 @item @samp{reload_in@var{m}}
1742 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
1743 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
1744 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
1745 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
1746 macro in @pxref{Register Classes}.
1748 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
1749 @item @samp{movstrict@var{m}}
1750 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
1751 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
1752 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
1753 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
1755 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
1756 @item @samp{load_multiple}
1757 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
1758 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
1759 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
1760 number of consecutive registers.
1762 Define this only if the target machine really has such an instruction;
1763 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
1764 registers from memory is to do them one at a time.
1766 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
1767 registers can be stored into memory, such as particular starting or
1768 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
1769 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
1770 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
1772 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
1773 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
1774 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
1775 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
1776 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
1777 pattern.
1779 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
1780 @item @samp{store_multiple}
1781 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
1782 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
1783 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
1784 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
1786 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
1787 @item @samp{add@var{m}3}
1788 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
1789 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
1790 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
1792 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
1793 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
1794 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
1795 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
1796 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
1797 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
1798 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
1799 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
1800 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
1801 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
1802 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
1803 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
1804 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
1805 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
1806 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
1807 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
1808 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
1809 Similar, for other arithmetic operations.
1811 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
1812 @item @samp{mulhisi3}
1813 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
1814 a @code{SImode} product in operand 0.
1816 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
1817 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
1818 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
1819 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
1821 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
1822 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
1823 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
1824 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
1825 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
1826 multiplication.
1828 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1829 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
1830 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
1831 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
1832 The least significant half of the product is discarded.
1834 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
1835 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
1836 Similar, but the multiplication is unsigned.
1838 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
1839 @item @samp{divmod@var{m}4}
1840 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
1841 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
1842 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
1844 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
1845 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
1846 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
1847 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
1848 and remainder are computed.
1850 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
1851 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
1852 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
1853 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
1854 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
1856 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
1857 @item @samp{udivmod@var{m}4}
1858 Similar, but does unsigned division.
1860 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
1861 @item @samp{ashl@var{m}3}
1862 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
1863 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
1864 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
1865 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
1866 mode before generating the instruction.
1868 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
1869 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
1870 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
1871 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
1872 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
1873 Other shift and rotate instructions, analogous to the
1874 @code{ashl@var{m}3} instructions.
1876 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
1877 @item @samp{neg@var{m}2}
1878 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
1880 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
1881 @item @samp{abs@var{m}2}
1882 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
1884 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
1885 @item @samp{sqrt@var{m}2}
1886 Store the square root of operand 1 into operand 0.
1888 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
1889 corresponds to the C data type @code{double}.
1891 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
1892 @item @samp{ffs@var{m}2}
1893 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
1894 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
1895 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
1896 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
1897 generating the instruction.
1899 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
1900 corresponds to the C data type @code{int}.
1902 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
1903 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
1904 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
1906 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
1907 @item @samp{cmp@var{m}}
1908 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
1909 The RTL pattern should look like this:
1911 @smallexample
1912 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
1913                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
1914 @end smallexample
1916 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
1917 @item @samp{tst@var{m}}
1918 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
1919 The RTL pattern should look like this:
1921 @smallexample
1922 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
1923 @end smallexample
1925 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
1926 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
1927 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
1928 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
1930 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
1931 @item @samp{movstr@var{m}}
1932 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
1933 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
1935 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
1936 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
1937 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
1938 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
1939 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
1940 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
1941 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
1943 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
1944 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
1945 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
1946 it may provide the value 4 for this operand.
1948 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
1949 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
1950 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
1951 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
1952 individually moved data units in the block.
1954 These patterns need not give special consideration to the possibility
1955 that the source and destination strings might overlap.
1957 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
1958 @item @samp{clrstr@var{m}}
1959 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
1960 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
1961 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
1962 a discussion of the choice of mode.
1964 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
1965 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
1966 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
1967 operand.
1969 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
1971 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
1972 @item @samp{cmpstr@var{m}}
1973 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
1974 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
1975 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
1976 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
1977 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
1978 comparison.
1980 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
1981 @item @samp{strlen@var{m}}
1982 Compute the length of a string, with three operands.
1983 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
1984 a @code{mem} referring to the first character of the string,
1985 operand 2 is the character to search for (normally zero),
1986 and operand 3 is a constant describing the known alignment
1987 of the beginning of the string.
1989 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
1990 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
1991 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
1992 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
1993 @var{n}).
1995 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
1996 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
1997 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
1998 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
1999 @var{n}).
2001 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2002 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2003 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2004 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2005 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2006 the value of operand 1 is an integer.
2008 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2009 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2010 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2011 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2012 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2013 value of operand 1 is an integer.
2015 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2016 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2017 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2018 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2019 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2021 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2022 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2023 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2024 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2026 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2027 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2028 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2029 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2031 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2032 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2033 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2034 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2035 point or both floating point.
2037 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2038 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2039 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2040 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2041 point or both floating point.
2043 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2044 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2045 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2046 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2047 point.
2049 @cindex @code{extv} instruction pattern
2050 @item @samp{extv}
2051 Extract a bit field from operand 1 (a register or memory operand), where
2052 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2053 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2054 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2055 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2056 be valid for @code{word_mode}.
2058 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2059 for operands 2 and 3.
2061 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2062 before it is stored in operand 0.
2064 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2065 @item @samp{extzv}
2066 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2068 @cindex @code{insv} instruction pattern
2069 @item @samp{insv}
2070 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a bit
2071 field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2072 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2073 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2074 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2076 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2077 for operands 1 and 2.
2079 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2080 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2081 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2082 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2083 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2085 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2086 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2087 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2088 codes and vice versa.
2090 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2091 define these patterns.
2093 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2094 @item @samp{s@var{cond}}
2095 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2096 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2097 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2098 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2100 You specify the mode that the operand must have when you write the
2101 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2102 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2104 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2105 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2106 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2107 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2108 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2109 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2110 should omit those operations from the machine description.
2112 These operations may fail, but should do so only in relatively
2113 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2114 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2116 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2117 that copies the constant one to the target and branches around an
2118 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2119 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2120 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2121 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2122 the machine description.
2124 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2125 @item @samp{b@var{cond}}
2126 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2127 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2128 condition @var{cond}.
2130 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2131 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2132 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2133 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2134 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2135 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2136 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2137 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2139 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2140 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2141 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2143 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2144 @samp{s@var{cond}} patterns.
2146 @cindex @code{call} instruction pattern
2147 @item @samp{call}
2148 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2149 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2150 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2151 operands.
2153 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2154 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2155 to put this information into the assembler code; they can put it in
2156 the RTL instead of operand 1.
2158 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2159 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2160 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2161 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2162 instruction, the pattern for this operation should be a
2163 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2164 address into a register and uses that register in the call instruction.
2166 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2167 @item @samp{call_value}
2168 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2169 register in which the value is returned.  There are three more
2170 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2171 instruction (but with numbers increased by one).
2173 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2174 insn.
2176 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2177 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2178 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2179 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2180 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is non-zero.  They should emit a @code{parallel}
2181 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2182 adjustment made to the frame pointer.
2184 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be non-zero, the use of these
2185 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2186 can be eliminated, if desired.
2188 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2189 @item @samp{untyped_call}
2190 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2191 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2192 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2193 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2194 the saving of a function return value into the result block.
2196 This instruction pattern should be defined to support
2197 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2198 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2199 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2200 multiple registers that can hold a return value (i.e.
2201 @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2203 @cindex @code{return} instruction pattern
2204 @item @samp{return}
2205 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2206 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2207 from a function.
2209 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2210 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2211 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2212 some class of functions only requires one instruction to implement a
2213 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2214 to save any registers or allocate stack space.
2216 @findex reload_completed
2217 @findex leaf_function_p
2218 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2219 be true when @code{reload_completed} is non-zero and the function's
2220 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2221 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2222 a register window push is required.
2224 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2225 such as
2227 @smallexample
2228 (define_insn ""
2229   [(set (pc)
2230         (if_then_else (match_operator
2231                          0 "comparison_operator"
2232                          [(cc0) (const_int 0)])
2233                       (return)
2234                       (pc)))]
2235   "@var{condition}"
2236   "@dots{}")
2237 @end smallexample
2239 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2240 named @samp{return} pattern.
2242 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2243 @item @samp{untyped_return}
2244 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2245 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2246 instructions are needed to return a value of any type.
2248 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2249 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2250 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2251 the restoring of a function return value from the result block.
2253 @cindex @code{nop} instruction pattern
2254 @item @samp{nop}
2255 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2256 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2257 RTL pattern.
2259 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2260 @item @samp{indirect_jump}
2261 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2262 This pattern name is mandatory on all machines.
2264 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2265 @item @samp{casesi}
2266 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2267 This instruction takes five operands:
2269 @enumerate
2270 @item
2271 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2273 @item
2274 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2276 @item
2277 The total range of indices in the table---the largest index
2278 minus the smallest one (both inclusive).
2280 @item
2281 A label that precedes the table itself.
2283 @item
2284 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2285 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2286 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2287 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2288 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2289 but it is always provided as an operand.)
2290 @end enumerate
2292 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2293 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2294 difference between the upper bound and the lower bound.
2296 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2297 @item @samp{tablejump}
2298 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2299 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2300 is no @samp{casesi} pattern.
2302 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2303 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2304 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2305 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2306 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2307 mode @code{Pmode}.
2309 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2310 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2311 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2312 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2314 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2315 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2316 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2317 into operand 0.
2319 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2320 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2321 and also has mode @code{Pmode}.
2323 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2324 the address of the function which would be called if the function
2325 pointer were used in an indirect call.
2327 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2328 can have different values but still call the same function when
2329 used in an indirect call.
2331 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2332 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2333 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2334 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2335 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2336 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2337 @item @samp{save_stack_block}
2338 @itemx @samp{save_stack_function}
2339 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2340 @itemx @samp{restore_stack_block}
2341 @itemx @samp{restore_stack_function}
2342 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2343 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2344 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2345 such machines.
2347 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2348 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2349 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2350 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2351 saves and restores are:
2353 @enumerate
2354 @item
2355 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2356 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2357 restores the stack pointer when the block is exited.
2359 @item
2360 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2361 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2362 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2363 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2364 restore sequence on some machines.
2366 @item
2367 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2368 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2369 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2370 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2371 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2372 and restoring additional data such as register window information or
2373 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2374 such required data.
2375 @end enumerate
2377 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2378 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2379 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2380 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2381 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2382 for a particular type of save (either because no save is needed or
2383 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2384 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2385 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2386 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2388 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2389 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2390 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2392 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2393 @item @samp{allocate_stack}
2394 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2395 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2397 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2398 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2399 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2400 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2401 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2402 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2403 stack is free.
2405 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2406 Some machines require other operations such as stack probes or
2407 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2408 operations in addition to updating the stack pointer.
2410 @cindex @code{probe} instruction pattern
2411 @item @samp{probe}
2412 Some machines require instructions to be executed after space is
2413 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2414 the bottom of the stack.
2416 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2417 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2418 this pattern to emit the required instructions.
2420 No operands are provided.
2422 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2423 @item @samp{check_stack}
2424 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2425 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2426 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2427 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2428 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2429 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2430 limit from a global or thread-specific variable or register.
2432 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2433 @item @samp{nonlocal_goto}
2434 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2435 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2436 each representing a value to be used in the jump.  The first
2437 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2438 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2439 the third is the address of a location where the stack is saved,
2440 and the last is the address of the label, to be placed in the
2441 location for the incoming static chain.
2443 On most machines you need not define this pattern, since GNU CC will
2444 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2445 and static chain, restore the stack (using the
2446 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2447 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2448 not work on your machine.
2450 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2451 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2452 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2453 nonlocal goto after the code already generated by GNU CC.  You will not
2454 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2455 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2456 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2457 goto only ocurrs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2458 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2459 There are no arguments.
2461 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2462 @item @samp{exception_receiver}
2463 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2464 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2465 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2466 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2467 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2468 an exception.  There are no arguments.
2470 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2471 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2472 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2473 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2474 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2475 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2476 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2477 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2478 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2479 the first three are normally used by the generic mechanism.
2481 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2482 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2483 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2484 builtin setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2485 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2486 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2487 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2488 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2489 at a small offset from that label.
2491 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2492 @item @samp{builtin_longjmp}
2493 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2494 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2495 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2496 @code{jmp_buf}.
2498 @cindex @code{eh_epilogue} instruction pattern
2499 @item @samp{eh_epilogue}
2500 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2501 and thence @code{__throw} are built.  It is intended to allow communication
2502 between the exception handling machinery and the normal epilogue code
2503 for the target.
2505 The pattern takes three arguments.  The first is the exception context
2506 pointer.  This will have already been copied to the function return
2507 register appropriate for a pointer; normally this can be ignored.  The
2508 second argument is an offset to be added to the stack pointer.  It will 
2509 have been copied to some arbitrary call-clobbered hard reg so that it
2510 will survive until after reload to when the normal epilogue is generated. 
2511 The final argument is the address of the exception handler to which
2512 the function should return.  This will normally need to copied by the
2513 pattern to some special register.
2515 This pattern must be defined if @code{RETURN_ADDR_RTX} does not yield
2516 something that can be reliably and permanently modified, i.e. a fixed
2517 hard register or a stack memory reference.
2519 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2520 @item @samp{prologue}
2521 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2522 entry is resposible for setting up the stack frame, initializing the frame
2523 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2525 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2526 @code{FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2528 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2529 instruction scheduling.
2531 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2532 @item @samp{epilogue}
2533 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function.  The function
2534 exit is resposible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2535 registers and emitting the return instruction.
2537 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2538 @code{FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2540 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2541 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2543 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2544 @item @samp{sibcall_epilogue}
2545 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2546 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2547 sibling call (aka tail call) sites.
2549 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2550 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2551 function.  
2552 @end table
2554 @node Pattern Ordering
2555 @section When the Order of Patterns Matters
2556 @cindex Pattern Ordering
2557 @cindex Ordering of Patterns
2559 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
2560 pattern that appears first in the machine description is the one used.
2561 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
2562 and faster instructions (those that will produce better code when they
2563 do match) should usually go first in the description.
2565 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
2566 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
2567 instruction for converting a fullword to floating point and another
2568 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
2569 an integer to floating point could match either one.  We put the
2570 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
2571 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
2572 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
2573 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
2574 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
2575 constant value.
2577 @node Dependent Patterns
2578 @section Interdependence of Patterns
2579 @cindex Dependent Patterns
2580 @cindex Interdependence of Patterns
2582 Every machine description must have a named pattern for each of the
2583 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
2584 must always have the form
2586 @example
2587 (set (pc)
2588      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2589                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
2590                    (pc)))
2591 @end example
2593 @noindent
2594 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
2595 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
2596 look like
2598 @example
2599 (set (pc)
2600      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
2601                    (pc)
2602                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
2603 @end example
2605 @noindent
2606 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
2607 branches into reverse-conditional branches.
2609 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
2610 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
2611 example,
2613 @example
2614 (define_insn ""
2615   [(set (pc)
2616         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
2617                                       [(cc0) (const_int 0)])
2618                       (pc)
2619                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
2620   "@var{condition}"
2621   "@dots{}")
2622 @end example
2624 In some cases machines support instructions identical except for the
2625 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
2626 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
2627 patterns are
2629 @example
2630 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2631      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
2633 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
2634      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
2635 @end example
2637 @noindent
2638 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
2639 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
2640 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
2641 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
2642 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
2643 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
2645 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
2646 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
2647 compilations.
2649 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
2650 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
2651 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
2652 you should not provide separate patterns for increment and decrement
2653 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
2654 that supports register-register add insns by examining the operands and
2655 generating the appropriate machine instruction.
2657 @node Jump Patterns
2658 @section Defining Jump Instruction Patterns
2659 @cindex jump instruction patterns
2660 @cindex defining jump instruction patterns
2662 For most machines, GNU CC assumes that the machine has a condition code.
2663 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
2664 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
2665 insn tests the condition code and branches or not according its value.
2666 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
2667 common machines, such as the Vax, the 68000 and the 32000, work this
2668 way.
2670 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
2671 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
2672 these machines is to treat them just like the others until the final stage
2673 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
2674 compare instruction, peek ahead at the following branch using
2675 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
2676 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
2677 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
2678 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
2679 can treat signed and unsigned branches identically.
2681 The reason you can do this is that GNU CC always generates a pair of
2682 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
2683 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
2684 until the end.
2686 To go with this technique, you must define the machine-description macro
2687 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
2688 compare instruction is superfluous.
2690 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
2691 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
2692 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
2693 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
2694 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
2696 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
2697 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
2698 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
2699 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
2700 above in addition to any special patterns you define.
2702 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
2703 code and there may not even be a separate condition code register.  On
2704 these machines, the restriction that the definition and use of the
2705 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
2706 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
2707 delay for taken branches unless the condition code register is set three
2708 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
2709 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
2710 separate the definition and use of the condition code register.
2712 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
2713 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
2714 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
2715 comparison result can be placed in any general register, or if there are
2716 multiple condition registers, use a pseudo register.
2718 @findex prev_cc0_setter
2719 @findex next_cc0_user
2720 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
2721 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
2722 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
2723 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
2724 instruction does, so a different branch instruction must be used for
2725 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
2726 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
2727 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
2728 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
2729 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
2730 and @code{next_cc0_user}.
2732 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
2733 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
2734 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
2735 we use the machine mode of the condition code register to record
2736 different formats of the condition code register.
2738 Registers used to store the condition code value should have a mode that
2739 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
2740 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
2741 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
2742 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
2743 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
2745 If it is known during RTL generation that a different mode will be
2746 required (for example, if the machine has separate compare instructions
2747 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
2748 be specified at that time.
2750 If the cases that require different modes would be made by instruction
2751 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
2752 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
2753 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
2754 discussed above, we have the pattern
2756 @smallexample
2757 (define_insn ""
2758   [(set (reg:CC_NOOV 0)
2759         (compare:CC_NOOV
2760           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
2761                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
2762           (const_int 0)))]
2763   ""
2764   "@dots{}")
2765 @end smallexample
2767 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
2768 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
2770 @node Insn Canonicalizations
2771 @section Canonicalization of Instructions
2772 @cindex canonicalization of instructions
2773 @cindex insn canonicalization
2775 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
2776 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
2777 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
2778 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
2779 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
2780 number of insn patterns required.
2782 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
2783 are performed:
2785 @itemize @bullet
2786 @item
2787 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
2788 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
2789 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
2790 be supplied.
2792 @cindex @code{neg}, canonicalization of
2793 @cindex @code{not}, canonicalization of
2794 @cindex @code{mult}, canonicalization of
2795 @cindex @code{plus}, canonicalization of
2796 @cindex @code{minus}, canonicalization of
2797 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
2798 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
2799 first operand.
2801 @cindex @code{compare}, canonicalization of
2802 @item
2803 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
2804 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
2805 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
2806 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
2807 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
2808 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
2809 such an instruction.
2811 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
2812 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
2813 above.
2815 @item
2816 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
2817 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
2819 @item
2820 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
2821 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
2823 @cindex @code{ior}, canonicalization of
2824 @cindex @code{and}, canonicalization of
2825 @cindex De Morgan's law
2826 @item
2827 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
2828 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
2829 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
2831 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
2832 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
2833 for that instruction as
2835 @example
2836 (define_insn ""
2837   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2838         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2839                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
2840   "@dots{}"
2841   "@dots{}")
2842 @end example
2844 @noindent
2845 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
2847 @example
2848 (define_insn ""
2849   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2850         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
2851                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
2852   "@dots{}"
2853   "@dots{}")
2854 @end example
2856 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
2857 logically equivalent RTL expressions.
2859 @cindex @code{xor}, canonicalization of
2860 @item
2861 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
2862 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
2863 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.@refill
2865 @item
2866 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
2867 the form
2869 @example
2870 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
2871 @end example
2873 @item
2874 On machines that do not use @code{cc0},
2875 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
2876 @var{x}.@refill
2878 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
2879 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
2880 @item
2881 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
2882 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
2883 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
2885 @end itemize
2887 @node Expander Definitions
2888 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
2889 @cindex expander definitions
2890 @cindex code generation RTL sequences
2891 @cindex defining RTL sequences for code generation
2893 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
2894 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
2895 represent them.  For these target machines, you can write a
2896 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL.
2898 @findex define_expand
2899 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
2900 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
2901 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
2903 A @code{define_expand} RTX has four operands:
2905 @itemize @bullet
2906 @item
2907 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
2908 use for it is to refer to it by name.
2910 @item
2911 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
2912 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
2913 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
2915 @item
2916 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
2917 used to express how the availability of this pattern depends on
2918 subclasses of target machine, selected by command-line options when GNU
2919 CC is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
2920 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
2921 depend on the data in the insn being matched, but only the
2922 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
2923 during initialization in order to learn exactly which named instructions
2924 are available in a particular run.
2926 @item
2927 The preparation statements, a string containing zero or more C
2928 statements which are to be executed before RTL code is generated from
2929 the RTL template.
2931 Usually these statements prepare temporary registers for use as
2932 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
2933 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
2934 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
2935 @end itemize
2937 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
2938 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
2939 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
2942 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
2943 also describes the operands that need to be specified when this pattern
2944 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
2946 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
2947 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
2948 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
2949 predicate into the tables that record such things.  GNU CC uses the
2950 information to preload the operand into a register if that is required for
2951 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
2952 references should use @code{match_dup}.
2954 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
2955 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
2956 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
2957 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
2958 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
2959 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
2960 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
2961 compute the values and store them into the appropriate elements of
2962 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
2964 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
2965 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
2966 as a statement.
2968 @table @code
2970 @findex DONE
2971 @item DONE
2972 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
2973 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
2974 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
2975 preparation statements; the RTL template will not be generated.
2977 @findex FAIL
2978 @item FAIL
2979 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
2980 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
2981 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
2983 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
2984 shifting, etc.) and bitfield (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
2985 operations.
2986 @end table
2988 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
2990 @smallexample
2991 @group
2992 (define_expand "ashlsi3"
2993   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
2994         (ashift:SI
2995 @end group
2996 @group
2997           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
2998           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
2999   ""
3000   "
3001 @end group
3002 @end smallexample
3004 @smallexample
3005 @group
3007   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3008       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3009     FAIL;
3010 @}")
3011 @end group
3012 @end smallexample
3014 @noindent
3015 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3016 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3017 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3018 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3019 library call).
3021 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3022 patterns with names, then it would be possible to use a
3023 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3024 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3026 @smallexample
3027 (define_expand "zero_extendhisi2"
3028   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3029         (const_int 0))
3030    (set (strict_low_part
3031           (subreg:HI
3032             (match_dup 0)
3033             0))
3034         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3035   ""
3036   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3037 @end smallexample
3039 @noindent
3040 @findex make_safe_from
3041 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3042 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3043 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3044 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3045 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3046 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3047 by emitting another RTL insn.
3049 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3050 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3051 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3052 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3053 on this machine.  So it must be copied into a register with
3054 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3056 @smallexample
3057 (define_expand "zero_extendhisi2"
3058   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3059         (and:SI (subreg:SI
3060                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3061                   0)
3062                 (match_dup 2)))]
3063   ""
3064   "operands[2]
3065      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3066 @end smallexample
3068 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3069 standard binary or unary arithmetic operation or a bitfield operation,
3070 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3071 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3072 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3073 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3074 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3075 in the compiler.@refill
3077 @node Insn Splitting
3078 @section Defining How to Split Instructions
3079 @cindex insn splitting
3080 @cindex instruction splitting
3081 @cindex splitting instructions
3083 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3084 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3085 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3086 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3087 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3088 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3089 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3091 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3092 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3093 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3094 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3095 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3096 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3097 scheduling.
3099 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3100 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3101 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3102 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3103 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3104 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3105 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3106 split the addition into two insns is machine-dependent.
3108 @findex define_split
3109 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3110 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3112 @smallexample
3113 (define_split
3114   [@var{insn-pattern}]
3115   "@var{condition}"
3116   [@var{new-insn-pattern-1}
3117    @var{new-insn-pattern-2}
3118    @dots{}]
3119   "@var{preparation statements}")
3120 @end smallexample
3122 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3123 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3124 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3125 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3126 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3127 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3129 The @var{preparation statements} are similar to those statements that
3130 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3131 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3132 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3133 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3134 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3135 must not allocate any space in the stack frame.
3137 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3138 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3139 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3140 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3141 @code{reload_completed} is non-zero, is known to satisfy the constraints
3142 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3143 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3144 @code{reload_completed} is non-zero, must also satisfy the constraints
3145 of those definitions.
3147 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3148 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3149 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3151 @smallexample
3152 (define_split
3153   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3154         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3155   ""
3156   [(set (match_dup 0)
3157         (ashift:SI (match_dup 1)
3158                    (const_int 16)))
3159    (set (match_dup 0)
3160         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3161                      (const_int 16)))]
3162   "
3163 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3164 @end smallexample
3166 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3167 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3168 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3169 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3170 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3171 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3172 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3173 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3174 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3175 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3177 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3178 @file{rs6000.md}:
3180 @smallexample
3181 (define_split
3182   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3183         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3184                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3185   ""
3186   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3187    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3190   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3191   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3193   if (low & 0x8000)
3194     high++, low |= 0xffff0000;
3196   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3197   operands[4] = GEN_INT (low);
3198 @}")
3199 @end smallexample
3201 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3202 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3203 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3204 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3206 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3207 an equality comparison of a register and a large constant:
3209 @smallexample
3210 (define_split
3211   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3212         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3213                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3214    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3215   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3216    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3217        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3218   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3219    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3220   "
3222   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3223      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3224      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3226   int c = INTVAL (operands[2]);
3227   int sextc = (c << 16) >> 16;
3228   int xorv = c ^ sextc;
3230   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3231   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3232 @}")
3233 @end smallexample
3235 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3236 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3237 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3238 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3239 are not valid.
3241 @node Peephole Definitions
3242 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
3243 @cindex peephole optimizer definitions
3244 @cindex defining peephole optimizers
3246 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
3247 definitions of machine-specific peephole optimizations.
3249 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
3250 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
3251 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
3252 though the second one does not appear to use a register computed in the
3253 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
3254 opportunities.
3256 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
3257 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
3258 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
3259 is deprecated.
3261 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
3262 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
3263 but before scheduling, which may result in much better code for 
3264 targets that do scheduling.
3266 @menu
3267 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
3268 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
3269 @end menu
3271 @node define_peephole
3272 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
3273 @findex define_peephole
3275 @need 1000
3276 A definition looks like this:
3278 @smallexample
3279 (define_peephole
3280   [@var{insn-pattern-1}
3281    @var{insn-pattern-2}
3282    @dots{}]
3283   "@var{condition}"
3284   "@var{template}"
3285   "@var{optional insn-attributes}")
3286 @end smallexample
3288 @noindent
3289 The last string operand may be omitted if you are not using any
3290 machine-specific information in this machine description.  If present,
3291 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
3293 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
3294 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
3295 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
3296 the next, and so on.@refill
3298 Each of the insns matched by a peephole must also match a
3299 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
3300 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
3301 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
3302 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
3303 stages.
3305 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
3306 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
3307 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
3308 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
3309 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
3310 other.
3312 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
3313 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
3314 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
3315 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
3316 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
3318 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
3319 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
3320 previously tested.
3322 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
3323 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
3324 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
3325 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
3326 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
3327 patterns.
3329 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
3330 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
3331 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
3332 the operands.
3334 @findex prev_active_insn
3335 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
3336 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
3337 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
3338 to refer to the last of the insns being matched; use
3339 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
3341 @findex dead_or_set_p
3342 When optimizing computations with intermediate results, you can use
3343 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
3344 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
3345 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
3346 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
3347 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
3348 value (from @code{operands[@var{i}]}).@refill
3350 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
3351 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
3352 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
3353 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
3354 used in matching the original sequence of insns.
3356 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
3357 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
3358 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
3359 as the insn pattern to control how the insn is output.
3361 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
3362 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
3364 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
3366 @smallexample
3367 (define_peephole
3368   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
3369    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
3370         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
3371   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
3372   "*
3374   rtx xoperands[2];
3375   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
3376 #ifdef MOTOROLA
3377   output_asm_insn (\"move.l %1,(sp)\", xoperands);
3378   output_asm_insn (\"move.l %1,-(sp)\", operands);
3379   return \"fmove.d (sp)+,%0\";
3380 #else
3381   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@\", xoperands);
3382   output_asm_insn (\"movel %1,sp@@-\", operands);
3383   return \"fmoved sp@@+,%0\";
3384 #endif
3387 @end smallexample
3389 @need 1000
3390 The effect of this optimization is to change
3392 @smallexample
3393 @group
3394 jbsr _foobar
3395 addql #4,sp
3396 movel d1,sp@@-
3397 movel d0,sp@@-
3398 fmoved sp@@+,fp0
3399 @end group
3400 @end smallexample
3402 @noindent
3403 into
3405 @smallexample
3406 @group
3407 jbsr _foobar
3408 movel d1,sp@@
3409 movel d0,sp@@-
3410 fmoved sp@@+,fp0
3411 @end group
3412 @end smallexample
3414 @ignore
3415 @findex CC_REVERSED
3416 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
3417 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
3418 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
3419 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
3420 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
3421 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
3422 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
3423 and in this C code check the condition code status flags and change the
3424 assembler code as appropriate.
3425 @end ignore
3427 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
3428 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
3429 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
3430 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
3431 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
3432 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
3433 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
3434 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
3435 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
3437 @smallexample
3438 (define_insn "divmodsi4"
3439   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3440         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3441                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3442    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3443         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
3444   "TARGET_68020"
3445   "divsl%.l %2,%3:%0")
3446 @end smallexample
3448 @noindent
3449 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
3451 @smallexample
3452 (define_peephole
3453   [@dots{}
3454    (parallel
3455     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
3456           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
3457                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
3458      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
3459           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
3460    @dots{}]
3461   @dots{})
3462 @end smallexample
3464 @node define_peephole2
3465 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
3466 @findex define_peephole2
3468 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
3469 substitute one sequence of instructions for another sequence, 
3470 what additional scratch registers may be needed and what their
3471 lifetimes must be.
3473 @smallexample
3474 (define_peephole2
3475   [@var{insn-pattern-1}
3476    @var{insn-pattern-2}
3477    @dots{}]
3478   "@var{condition}"
3479   [@var{new-insn-pattern-1}
3480    @var{new-insn-pattern-2}
3481    @dots{}]
3482   "@var{preparation statements}")
3483 @end smallexample
3485 The definition is almost identical to @code{define_split}
3486 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
3487 single instruction, but a sequence of instructions.
3489 It is possible to request additional scratch registers for use in the
3490 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
3491 will simply not match.
3493 @findex match_scratch
3494 @findex match_dup
3495 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
3496 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
3497 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
3498 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
3499 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
3500 at which the register must be available.
3502 Here is an example from the IA-32 machine description:
3504 @smallexample
3505 (define_peephole2
3506   [(match_scratch:SI 2 "r")
3507    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3508                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
3509                      [(match_dup 0)
3510                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
3511               (clobber (reg:CC 17))])]
3512   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
3513   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
3514    (parallel [(set (match_dup 0)
3515                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
3516               (clobber (reg:CC 17))])]
3517   "")
3518 @end smallexample
3520 @noindent
3521 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
3522 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
3523 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
3524 to be live only at the point just before the arithmetic.
3526 A real example requring extended scratch lifetimes is harder to come by,
3527 so here's a silly made-up example:
3529 @smallexample
3530 (define_peephole2
3531   [(match_scratch:SI 4 "r")
3532    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
3533    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
3534    (match_dup 4)
3535    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
3536   "@var{determine 1 does not overlap 0 and 2}"
3537   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
3538    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
3539    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
3540    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
3541   "")
3542 @end smallexample
3544 @noindent
3545 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
3546 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
3547 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
3549 @node Insn Attributes
3550 @section Instruction Attributes
3551 @cindex insn attributes
3552 @cindex instruction attributes
3554 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
3555 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
3556 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
3557 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
3558 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
3559 to track the condition codes.
3561 @menu
3562 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
3563 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
3564 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
3565 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
3566 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
3567 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
3568 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
3569 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
3570 @end menu
3572 @node Defining Attributes
3573 @subsection Defining Attributes and their Values
3574 @cindex defining attributes and their values
3575 @cindex attributes, defining
3577 @findex define_attr
3578 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
3579 by the target machine.  It looks like:
3581 @smallexample
3582 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
3583 @end smallexample
3585 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
3587 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
3588 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
3589 indicate that the attribute takes numeric values.
3591 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
3592 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
3593 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
3594 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
3595 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
3597 @findex insn-attr.h
3598 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
3599 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
3600 specified for an attribute, the following are defined:
3602 @itemize @bullet
3603 @item
3604 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
3606 @item
3607 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
3608 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
3609 the attribute name and value are first converted to upper case.
3611 @item
3612 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
3613 returns the attribute value for that insn.
3614 @end itemize
3616 For example, if the following is present in the @file{md} file:
3618 @smallexample
3619 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
3620 @end smallexample
3622 @noindent
3623 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
3625 @smallexample
3626 #define HAVE_ATTR_type
3627 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
3628                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
3629 extern enum attr_type get_attr_type ();
3630 @end smallexample
3632 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
3633 defined and the function to obtain the attribute's value will return
3634 @code{int}.
3636 @node Expressions
3637 @subsection Attribute Expressions
3638 @cindex attribute expressions
3640 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
3641 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
3642 Attribute value expressions must have one of the following forms:
3644 @table @code
3645 @cindex @code{const_int} and attributes
3646 @item (const_int @var{i})
3647 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
3648 must be non-negative.
3650 The value of a numeric attribute can be specified either with a
3651 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
3652 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
3653 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
3654 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
3656 @cindex @code{const_string} and attributes
3657 @item (const_string @var{value})
3658 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
3659 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
3660 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
3661 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
3662 of a @code{define_attr}.@refill
3664 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
3665 must be a string containing a non-negative integer (normally
3666 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
3667 contain one of the valid values for the attribute.
3669 @cindex @code{if_then_else} and attributes
3670 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
3671 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
3672 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
3673 otherwise it is @var{false-value}.
3675 @cindex @code{cond} and attributes
3676 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
3677 The first operand of this expression is a vector containing an even
3678 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
3679 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
3680 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
3681 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
3682 expression is that of the @var{default} expression.
3683 @end table
3685 @var{test} expressions can have one of the following forms:
3687 @table @code
3688 @cindex @code{const_int} and attribute tests
3689 @item (const_int @var{i})
3690 This test is true if @var{i} is non-zero and false otherwise.
3692 @cindex @code{not} and attributes
3693 @cindex @code{ior} and attributes
3694 @cindex @code{and} and attributes
3695 @item (not @var{test})
3696 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
3697 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
3698 These tests are true if the indicated logical function is true.
3700 @cindex @code{match_operand} and attributes
3701 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
3702 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
3703 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
3704 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
3705 @var{pred} returns a non-zero value when passed operand @var{n} and mode
3706 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
3707 string).
3709 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
3711 @cindex @code{le} and attributes
3712 @cindex @code{leu} and attributes
3713 @cindex @code{lt} and attributes
3714 @cindex @code{gt} and attributes
3715 @cindex @code{gtu} and attributes
3716 @cindex @code{ge} and attributes
3717 @cindex @code{geu} and attributes
3718 @cindex @code{ne} and attributes
3719 @cindex @code{eq} and attributes
3720 @cindex @code{plus} and attributes
3721 @cindex @code{minus} and attributes
3722 @cindex @code{mult} and attributes
3723 @cindex @code{div} and attributes
3724 @cindex @code{mod} and attributes
3725 @cindex @code{abs} and attributes
3726 @cindex @code{neg} and attributes
3727 @cindex @code{ashift} and attributes
3728 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
3729 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
3730 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
3731 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
3732 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
3733 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
3734 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
3735 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
3736 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
3737 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
3738 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
3739 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
3740 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
3741 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
3742 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
3743 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
3744 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.@refill
3746 @findex get_attr
3747 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
3748 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
3749 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
3750 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
3751 variable.@refill
3753 @findex eq_attr
3754 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
3755 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
3757 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
3758 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
3759 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
3760 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
3761 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
3762 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
3763 @emph{not} in the specified list.
3765 For example,
3767 @smallexample
3768 (eq_attr "type" "load,store")
3769 @end smallexample
3771 @noindent
3772 is equivalent to
3774 @smallexample
3775 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
3776 @end smallexample
3778 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
3779 value of the compiler variable @code{which_alternative}
3780 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
3781 example,@refill
3783 @smallexample
3784 (eq_attr "alternative" "2,3")
3785 @end smallexample
3787 @noindent
3788 is equivalent to
3790 @smallexample
3791 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
3792      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
3793 @end smallexample
3795 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
3796 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
3797 a particular pattern.  This is by far the most common case.@refill
3799 @findex attr_flag
3800 @item (attr_flag @var{name})
3801 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
3802 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
3803 scheduled.
3805 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
3806 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
3807 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
3808 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
3809 if a conditional branch is expected to be taken.
3811 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
3812 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
3814 This example describes a conditional branch delay slot which
3815 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
3816 for backward branches which are not taken (annul-false).
3818 @smallexample
3819 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
3820   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
3821    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3822         (attr_flag "forward"))
3823    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
3824         (attr_flag "backward"))])
3825 @end smallexample
3827 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
3828 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3830 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
3831 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3832 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
3833 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
3835 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
3836 meaning to other passes of the compiler.
3838 @findex attr
3839 @item (attr @var{name})
3840 The value of another attribute is returned.  This is most useful
3841 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
3842 produce more efficient code for non-numeric attributes.
3843 @end table
3845 @node Tagging Insns
3846 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
3847 @cindex tagging insns
3848 @cindex assigning attribute values to insns
3850 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
3851 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
3852 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
3853 have an optional last argument to specify the values of attributes for
3854 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
3855 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
3856 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
3857 permits the specification of the values for only one or two attributes
3858 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
3859 next section.@refill
3861 The optional last argument of @code{define_insn} and
3862 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
3863 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
3864 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
3865 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
3866 second operand of the @code{set} is an attribute expression
3867 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.@refill
3869 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
3870 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
3871 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
3872 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
3873 each alternative.
3875 @findex set_attr
3876 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
3877 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
3878 specifying a string giving either a single attribute value or a list
3879 of attribute values, one for each alternative.
3881 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
3882 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
3884 @table @code
3885 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
3886 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
3887 or a string containing a comma-separated list giving the values for
3888 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
3889 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
3891 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
3892 which case the attribute will assume its default value for insns matching
3893 that alternative.
3895 @findex set_attr_alternative
3896 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
3897 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
3898 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
3899 tests on the @samp{alternative} attribute.
3901 @findex attr
3902 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
3903 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
3904 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
3905 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
3906 @end table
3908 The following shows three different ways of representing the same
3909 attribute value specification:
3911 @smallexample
3912 (set_attr "type" "load,store,arith")
3914 (set_attr_alternative "type"
3915                       [(const_string "load") (const_string "store")
3916                        (const_string "arith")])
3918 (set (attr "type")
3919      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
3920             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
3921            (const_string "arith")))
3922 @end smallexample
3924 @need 1000
3925 @findex define_asm_attributes
3926 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
3927 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
3928 statement.  It has the form:
3930 @smallexample
3931 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
3932 @end smallexample
3934 @noindent
3935 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
3936 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
3938 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
3939 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
3941 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
3942 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
3943 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
3944 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
3945 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
3946 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
3947 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
3948 of a single machine instruction.
3950 @node Attr Example
3951 @subsection Example of Attribute Specifications
3952 @cindex attribute specifications example
3953 @cindex attribute specifications
3955 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
3956 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
3957 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
3958 value.  This attribute is normally used only to define the default value
3959 for other attributes.  An example will clarify this usage.
3961 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
3962 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
3963 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
3964 operations, floating point operations, and branches.
3966 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
3967 the condition code and will limit ourselves to the following possible
3968 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
3969 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
3970 changed if the item previously set into the condition code has been
3971 modified.
3973 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
3975 @smallexample
3976 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
3978 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
3979              (cond [(eq_attr "type" "load")
3980                         (const_string "change0")
3981                     (eq_attr "type" "store,branch")
3982                         (const_string "unchanged")
3983                     (eq_attr "type" "arith")
3984                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
3985                                       (const_string "set")
3986                                       (const_string "clobber"))]
3987                    (const_string "clobber")))
3989 (define_insn ""
3990   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
3991         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
3992   ""
3993   "@@
3994    move %0,%1
3995    load %0,%1
3996    store %0,%1"
3997   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
3998 @end smallexample
4000 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4001 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4002 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4003 full-word result.
4005 @node Insn Lengths
4006 @subsection Computing the Length of an Insn
4007 @cindex insn lengths, computing
4008 @cindex computing the length of an insn
4010 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4011 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4012 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4013 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4014 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4015 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4017 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4018 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4020 @table @code
4021 @cindex @code{match_dup} and attributes
4022 @item (match_dup @var{n})
4023 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4024 must be a @code{label_ref}.
4026 @cindex @code{pc} and attributes
4027 @item (pc)
4028 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4029 been more consistent with other usage to make this the address of the
4030 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4031 current insn is to be computed.
4032 @end table
4034 @cindex @code{addr_vec}, length of
4035 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4036 For normal insns, the length will be determined by value of the
4037 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4038 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4039 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4041 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4043 The following macros can be used to refine the length computation:
4045 @table @code
4046 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4047 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4048 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4049 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4050 not specified, 0 is used.
4052 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4053 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4054 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4055 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4056 that contains the initially computed length of the insn and should be
4057 updated with the correct length of the insn.
4059 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4060 required is the ROMP.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4061 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4062 may be required.
4063 @end table
4065 @findex get_attr_length
4066 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4067 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4068 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4069 example below illustrates.
4071 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4072 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4073 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4074 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4075 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4077 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4078 as follows:
4080 @smallexample
4081 (define_insn "jump"
4082   [(set (pc)
4083         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4084   ""
4085   "*
4087    return (get_attr_length (insn) == 4
4088            ? \"b %l0\" : \"l r15,=a(%l0); br r15\");
4090   [(set (attr "length") (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4091                                       (const_int 4)
4092                                       (const_int 6)))])
4093 @end smallexample
4095 @node Constant Attributes
4096 @subsection Constant Attributes
4097 @cindex constant attributes
4099 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4100 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4101 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4102 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4104 @smallexample
4105 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4106  (const
4107   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4108          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4109         (const_string "m88000"))))
4111 (define_attr "memory" "fast,slow"
4112  (const
4113   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4114                 (const_string "fast")
4115                 (const_string "slow"))))
4116 @end smallexample
4118 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4119 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4120 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4121 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4122 forms involving insn attributes.
4124 @node Delay Slots
4125 @subsection Delay Slot Scheduling
4126 @cindex delay slots, defining
4128 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4129 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4130 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4131 after the instruction are executed as if they were located before it.
4132 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4133 the following instruction before the branch or call is performed.
4135 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4136 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4137 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4138 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4139 annul if the branch is false are supported.
4141 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4142 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4143 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4144 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4145 instruction scheduling.
4147 @findex define_delay
4148 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4149 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4151 @smallexample
4152 (define_delay @var{test}
4153               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4154                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4155                @dots{}])
4156 @end smallexample
4158 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4159 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4160 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4161 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4162 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4163 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4164 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4165 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4166 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.@refill
4168 For example, in the common case where branch and call insns require
4169 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4170 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4172 @smallexample
4173 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4174               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4175 @end smallexample
4177 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4178 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4179 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4180 expressions are both true.
4182 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4183 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4184 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4185 branch is true, we might represent this as follows:
4187 @smallexample
4188 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4189    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4190     (eq_attr "type" "!branch,call")
4191     (nil)])
4193 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4194               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4195                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4196 @end smallexample
4197 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4199 @node Function Units
4200 @subsection Specifying Function Units
4201 @cindex function units, for scheduling
4203 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4204 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4205 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4206 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4208 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4209 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4210 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4212 The descriptions in this section allow the specification of how much
4213 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4214 when its result is used.  It also allows specification of when the
4215 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4216 due to function unit conflicts.
4218 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4219 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4220 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4221 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4222 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4223 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4224 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4225 will often have function units for floating point operations, usually at
4226 least a floating point adder and multiplier.
4228 @findex define_function_unit
4229 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4230 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4232 @smallexample
4233 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4234                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4235                      [@var{conflict-list}])
4236 @end smallexample
4238 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
4240 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
4241 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
4242 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
4243 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
4244 only common example of a machine that has multiple function units for a
4245 single instruction class that are truly independent and not pipelined
4246 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
4248 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
4249 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
4250 if the unit is pipelined and has no limit.
4252 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
4253 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
4254 @var{simultaneity}.
4256 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
4257 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
4258 unit and a function unit may be specified in more than one
4259 @code{define_function_unit}.
4261 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4262 after which the result of the instruction can be used without
4263 introducing any stalls.
4265 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
4266 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
4267 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
4268 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
4269 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
4270 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
4271 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
4272 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
4273 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
4274 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
4276 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
4277 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
4278 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
4279 particular insn matching @var{test} that is already executing in
4280 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
4281 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
4282 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
4283 function unit.
4285 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
4286 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
4287 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
4289 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
4290 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
4291 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
4292 simultaneously.  This would be specified as:
4294 @smallexample
4295 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
4296 @end smallexample
4298 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
4299 single or double precision, but not both, the following could be specified:
4301 @smallexample
4302 (define_function_unit
4303    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
4304 (define_function_unit
4305    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
4306 @end smallexample
4308 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
4309 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
4310 expression.  It has recently come to our attention that these
4311 specifications may not allow modeling of some of the newer
4312 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
4313 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
4314 used during their execution and there is no way of representing that
4315 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
4316 in such processors and suggestions for their representation.
4317 @end ifset