Merge branches/gcc-4_9-branch rev 225109.
[official-gcc.git] / gcc-4_9-branch / gcc / doc / md.texi
blobd43f1cbc7b9c557850b2000bc2b678a4f19d3a2c
1 @c Copyright (C) 1988-2014 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                         from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                         the assembler code.
30 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
31                         for an insn.
32 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
33 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
34 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
35 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
36 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
37 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
38 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
39 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
40                         for a standard operation.
41 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
42 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
43 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
44 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
45 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
46                          predication.
47 * Define Subst::        Generating @code{define_insn} and @code{define_expand}
48                         patterns from other patterns.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
214 @end smallexample
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
297 When matching patterns, this is equivalent to
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
351 @smallexample
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
363 @end smallexample
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
455 An insn that matches this pattern might look like:
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
475 @end table
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
668 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
669 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
671 @smallexample
672 @group
673 (define_insn ""
674   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
675         (const_int 0))]
676   ""
677   "@@
678    clrreg %0
679    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
680    clrmem %0")
681 @end group
682 @end smallexample
684 @node Predicates
685 @section Predicates
686 @cindex predicates
687 @cindex operand predicates
688 @cindex operator predicates
690 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
691 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
692 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
693 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
694 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
695 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
696 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
697 that end in @samp{_operator}.
699 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
700 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
701 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
702 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
703 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
704 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
705 functions; this can be useful in output templates or other
706 machine-specific code.
708 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
709 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
710 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
711 better code if the predicates specify the requirements of the machine
712 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
713 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
714 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
715 in the extra condition.
717 @cindex predicates and machine modes
718 @cindex normal predicates
719 @cindex special predicates
720 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
721 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
722 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
723 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
724 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
725 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
726 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
727 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
728 constant will fit in the requested mode.
730 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
731 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
732 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
733 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
734 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
735 without specifying a mode.
737 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
738 are called @dfn{special}.  The generic predicates
739 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
740 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
741 diagnosis when special predicates are used.
743 @menu
744 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
745 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
746                                     functions.
747 @end menu
749 @node Machine-Independent Predicates
750 @subsection Machine-Independent Predicates
751 @cindex machine-independent predicates
752 @cindex generic predicates
754 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
755 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
756 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
758 @defun immediate_operand
759 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
760 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
761 must be constant.
762 @end defun
764 @defun const_int_operand
765 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
766 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
767 does not allow a symbol or label.
768 @end defun
770 @defun const_double_operand
771 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
772 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
773 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
774 constants.
775 @end defun
777 @noindent
778 The second category of predicates allow only some kind of machine
779 register.
781 @defun register_operand
782 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
783 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
784 instruction operands on a RISC machine.
785 @end defun
787 @defun pmode_register_operand
788 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
789 a limitation in the machine-description reader.
791 @smallexample
792 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
793 @end smallexample
795 @noindent
796 means exactly what
798 @smallexample
799 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
800 @end smallexample
802 @noindent
803 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
804 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
805 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
806 options.  @xref{Misc}.
807 @end defun
809 @defun scratch_operand
810 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
811 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
812 it should not be used directly.
813 @end defun
815 @noindent
816 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
818 @defun memory_operand
819 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
820 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
821 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
822 @end defun
824 @defun address_operand
825 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
826 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
827 @var{mode}, again determined by the weak form of
828 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
829 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
830 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
831 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
832 the mode @var{mode}.
833 @end defun
835 @defun indirect_operand
836 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
837 memory references with a @code{general_operand} as the address
838 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
839 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
840 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
841 different requirements for memory operands for different instructions,
842 it is better to define target-specific predicates which enforce the
843 hardware's requirements explicitly.
844 @end defun
846 @defun push_operand
847 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
848 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
849 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
850 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
851 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
852 @end defun
854 @defun pop_operand
855 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
856 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
857 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
858 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
859 @end defun
861 @noindent
862 The fourth category of predicates allow some combination of the above
863 operands.
865 @defun nonmemory_operand
866 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
867 @end defun
869 @defun nonimmediate_operand
870 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
871 @end defun
873 @defun general_operand
874 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
875 valid for @var{mode}.
876 @end defun
878 @noindent
879 Finally, there are two generic operator predicates.
881 @defun comparison_operator
882 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
883 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
884 expression code.
885 @end defun
887 @defun ordered_comparison_operator
888 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
889 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
890 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
891 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
892 @code{ge}, @code{geu}.
893 @end defun
895 @node Defining Predicates
896 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
897 @cindex defining predicates
898 @findex define_predicate
899 @findex define_special_predicate
901 Many machines have requirements for their operands that cannot be
902 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
903 additional predicates using @code{define_predicate} and
904 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
905 three operands:
907 @itemize @bullet
908 @item
909 The name of the predicate, as it will be referred to in
910 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
912 @item
913 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
914 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
915 the following RTL codes:
917 @table @code
918 @item MATCH_OPERAND
919 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
920 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
921 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
922 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
923 predicates and predicates that have already been defined.
925 @item MATCH_CODE
926 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
927 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
929 The first operand of this expression is a string constant containing a
930 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
931 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
933 The second operand is a string constant which indicates what
934 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
935 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
936 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
937 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
938 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
939 characters it is the result of the previous character.  A digit
940 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
941 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
942 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
943 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
944 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
945 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
946 object.
948 @item MATCH_TEST
949 This expression has one operand, a string constant containing a C
950 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
951 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
952 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
953 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
955 @item  AND
956 @itemx IOR
957 @itemx NOT
958 @itemx IF_THEN_ELSE
959 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
960 logical operators, which have the semantics of the C operators
961 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
962 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
963 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
964 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
965 @end table
967 @item
968 An optional block of C code, which should execute
969 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
970 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
971 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
972 available with those names.
974 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
975 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
976 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
977 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
978 code block that was checked in the RTL expression.
979 @end itemize
981 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
982 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
983 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
984 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
985 @code{MATCH_CODE}.
987 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
988 machine description:
990 @smallexample
991 @group
992 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
993 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
994   (and (match_code "symbol_ref")
995        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
996 @end group
997 @end smallexample
999 @noindent
1000 And here is another, showing the use of the C block.
1002 @smallexample
1003 @group
1004 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1005 (define_predicate "gr_register_operand"
1006   (match_operand 0 "register_operand")
1008   unsigned int regno;
1009   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1010     op = SUBREG_REG (op);
1012   regno = REGNO (op);
1013   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1015 @end group
1016 @end smallexample
1018 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1019 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1020 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1021 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1022 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1023 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1024 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1025 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1026 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1027 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1028 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1029 @code{immediate_operand}.
1031 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1032 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1033 by @command{genrecog}.
1035 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1036 test predicates.  It also writes a header file containing function
1037 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1038 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1039 @end ifset
1041 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1042 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1043 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1044 @ifset INTERNALS
1045 @node Constraints
1046 @section Operand Constraints
1047 @cindex operand constraints
1048 @cindex constraints
1050 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1051 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1052 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1053 predicate.
1055 @end ifset
1056 @ifclear INTERNALS
1057 @node Constraints
1058 @section Constraints for @code{asm} Operands
1059 @cindex operand constraints, @code{asm}
1060 @cindex constraints, @code{asm}
1061 @cindex @code{asm} constraints
1063 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1064 @code{asm} operands.
1065 @end ifclear
1066 Constraints can say whether
1067 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1068 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1069 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1070 have.  Constraints can also require two operands to match.
1071 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1072 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1073 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1074 the addressing register.
1076 @ifset INTERNALS
1077 @menu
1078 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1079 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1080 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1081 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1082 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1083 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1084 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1085 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1086 @end menu
1087 @end ifset
1089 @ifclear INTERNALS
1090 @menu
1091 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1092 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1093 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1094 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1095 @end menu
1096 @end ifclear
1098 @node Simple Constraints
1099 @subsection Simple Constraints
1100 @cindex simple constraints
1102 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1103 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1104 the letters that are allowed:
1106 @table @asis
1107 @item whitespace
1108 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1109 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1110 be visually aligned in the machine description even if they have different
1111 number of constraints and modifiers.
1113 @cindex @samp{m} in constraint
1114 @cindex memory references in constraints
1115 @item @samp{m}
1116 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1117 supports in general.
1118 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1119 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1121 @cindex offsettable address
1122 @cindex @samp{o} in constraint
1123 @item @samp{o}
1124 A memory operand is allowed, but only if the address is
1125 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1126 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1127 may be added to the address and the result is also a valid memory
1128 address.
1130 @cindex autoincrement/decrement addressing
1131 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1132 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1133 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1134 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1135 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1136 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1137 addressing modes that the machine supports.
1139 Note that in an output operand which can be matched by another
1140 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1141 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1142 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1144 @cindex @samp{V} in constraint
1145 @item @samp{V}
1146 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1147 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1149 @cindex @samp{<} in constraint
1150 @item @samp{<}
1151 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1152 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1153 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1154 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1155 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1156 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1157 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1158 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1159 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1160 or @code{%P0} on IA-64.
1162 @cindex @samp{>} in constraint
1163 @item @samp{>}
1164 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1165 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1166 as for @samp{<} apply.
1168 @cindex @samp{r} in constraint
1169 @cindex registers in constraints
1170 @item @samp{r}
1171 A register operand is allowed provided that it is in a general
1172 register.
1174 @cindex constants in constraints
1175 @cindex @samp{i} in constraint
1176 @item @samp{i}
1177 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1178 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1179 assembly time or later.
1181 @cindex @samp{n} in constraint
1182 @item @samp{n}
1183 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1184 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1185 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1186 rather than @samp{i}.
1188 @cindex @samp{I} in constraint
1189 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1190 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1191 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1192 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1193 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1194 This is the range permitted as a shift count in the shift
1195 instructions.
1197 @cindex @samp{E} in constraint
1198 @item @samp{E}
1199 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1200 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1201 that of the host machine (on which the compiler is running).
1203 @cindex @samp{F} in constraint
1204 @item @samp{F}
1205 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1206 @code{const_vector}) is allowed.
1208 @cindex @samp{G} in constraint
1209 @cindex @samp{H} in constraint
1210 @item @samp{G}, @samp{H}
1211 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1212 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1214 @cindex @samp{s} in constraint
1215 @item @samp{s}
1216 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1217 allowed.
1219 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1220 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1221 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1222 better code to be generated.
1224 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1225 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1226 and 127, better code results from loading the value into a register and
1227 using the register.  This is because the load into the register can be
1228 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1229 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1230 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1231 constraints.
1233 @cindex @samp{g} in constraint
1234 @item @samp{g}
1235 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1236 registers that are not general registers.
1238 @cindex @samp{X} in constraint
1239 @item @samp{X}
1240 @ifset INTERNALS
1241 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1242 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1243 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1244 require a scratch register.
1245 @end ifset
1246 @ifclear INTERNALS
1247 Any operand whatsoever is allowed.
1248 @end ifclear
1250 @cindex @samp{0} in constraint
1251 @cindex digits in constraint
1252 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1253 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1254 digit is used together with letters within the same alternative, the
1255 digit should come last.
1257 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1258 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1259 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1260 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1261 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1262 can use multiple alternatives instead.
1264 @cindex matching constraint
1265 @cindex constraint, matching
1266 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1267 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1268 @ifset INTERNALS
1269 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1270 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1271 @end ifset
1272 @ifclear INTERNALS
1273 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1274 two input operands and an output operand, but on most CISC
1275 @end ifclear
1276 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1277 input-output operand:
1279 @smallexample
1280 addl #35,r12
1281 @end smallexample
1283 Matching constraints are used in these circumstances.
1284 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1285 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1286 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1287 constraint.
1289 @ifset INTERNALS
1290 For operands to match in a particular case usually means that they
1291 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1292 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1293 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1294 For proper results in such cases, the output template should always
1295 use the output-operand's number when printing the operand.
1296 @end ifset
1298 @cindex load address instruction
1299 @cindex push address instruction
1300 @cindex address constraints
1301 @cindex @samp{p} in constraint
1302 @item @samp{p}
1303 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1304 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1306 @findex address_operand
1307 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1308 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1309 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1310 reference for which the address would be valid.
1312 @cindex other register constraints
1313 @cindex extensible constraints
1314 @item @var{other-letters}
1315 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1316 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1317 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1318 for data, address and floating point registers.
1319 @end table
1321 @ifset INTERNALS
1322 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1323 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1324 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1325 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1326 done by copying an operand into a register.
1328 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1330 @smallexample
1331 (define_insn ""
1332   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1333         (plus:SI (match_dup 0)
1334                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1335   ""
1336   "@dots{}")
1337 @end smallexample
1339 @noindent
1340 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1342 @smallexample
1343 (define_insn ""
1344   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1345         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1346                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1347   ""
1348   "@dots{}")
1349 @end smallexample
1351 @noindent
1352 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1353 identical.  If we are considering an insn of the form
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1357   (set (reg:SI 3)
1358        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1359   @dots{})
1360 @end smallexample
1362 @noindent
1363 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1364 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1365 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1366 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1367 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1368 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1369 results might look like this:
1371 @smallexample
1372 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1373   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1374   @dots{})
1376 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1377   (set (reg:SI 3)
1378        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1379   @dots{})
1380 @end smallexample
1382 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1383 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1384 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1385 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1386 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1387 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1388 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1389 reloading any possible operand so that it will fit.
1391 @itemize @bullet
1392 @item
1393 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1394 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1396 For example, an operand whose constraints permit everything except
1397 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1399 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1400 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1401 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1402 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1403 more selective.
1405 @item
1406 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1407 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1408 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1409 compiler knows how to copy a register into another register of the
1410 proper class in order to make an instruction valid.
1412 @cindex nonoffsettable memory reference
1413 @cindex memory reference, nonoffsettable
1414 @item
1415 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1416 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1417 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1419 @item
1420 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1421 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1422 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1423 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1425 @item
1426 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1427 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1428 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1429 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1430 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1431 objects allowed by the constraint.
1432 @end itemize
1434 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1435 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1436 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1437 how to copy a register temporarily into memory.
1439 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1440 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1441 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1442 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1443 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1444 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1445 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1446 @code{sign_extend}.
1447 @end ifset
1449 @node Multi-Alternative
1450 @subsection Multiple Alternative Constraints
1451 @cindex multiple alternative constraints
1453 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1454 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1455 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1456 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1457 another.
1459 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1460 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1461 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1462 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1463 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1464 @ifset INTERNALS
1465 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1467 @smallexample
1468 (define_insn "iorsi3"
1469   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1470         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1471                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1472   @dots{})
1473 @end smallexample
1475 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1476 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1477 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1478 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1479 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1480 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1481 @end ifset
1483 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1484 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1485 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1486 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1487 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1488 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1489 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1491 @table @code
1492 @cindex @samp{?} in constraint
1493 @cindex question mark
1494 @item ?
1495 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1496 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1497 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1498 in it.
1500 @cindex @samp{!} in constraint
1501 @cindex exclamation point
1502 @item !
1503 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1504 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1505 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1506 @end table
1508 @ifset INTERNALS
1509 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1510 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1511 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1512 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1513 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1514 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1515 @end ifset
1517 @ifset INTERNALS
1518 @node Class Preferences
1519 @subsection Register Class Preferences
1520 @cindex class preference constraints
1521 @cindex register class preference constraints
1523 @cindex voting between constraint alternatives
1524 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1525 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1526 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1527 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1528 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1529 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1530 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1531 favor of a general register.  The machine description says which registers
1532 are considered general.
1534 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1535 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1536 @end ifset
1538 @node Modifiers
1539 @subsection Constraint Modifier Characters
1540 @cindex modifiers in constraints
1541 @cindex constraint modifier characters
1543 @c prevent bad page break with this line
1544 Here are constraint modifier characters.
1546 @table @samp
1547 @cindex @samp{=} in constraint
1548 @item =
1549 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1550 value is discarded and replaced by output data.
1552 @cindex @samp{+} in constraint
1553 @item +
1554 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1556 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1557 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1558 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1559 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1560 are assumed to be input only.
1562 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1563 first character of the constraint string.
1565 @cindex @samp{&} in constraint
1566 @cindex earlyclobber operand
1567 @item &
1568 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1569 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1570 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1571 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1572 address.
1574 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1575 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1576 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1577 @samp{movdf} insn of the 68000.
1579 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1580 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1581 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1582 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1583 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1585 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1587 @cindex @samp{%} in constraint
1588 @item %
1589 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1590 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1591 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1592 constraints.
1593 @ifset INTERNALS
1594 This is often used in patterns for addition instructions
1595 that really have only two operands: the result must go in one of the
1596 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1597 instruction is defined:
1599 @smallexample
1600 (define_insn "addhi3"
1601   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1602      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1603               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1604   @dots{})
1605 @end smallexample
1606 @end ifset
1607 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1608 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1609 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1610 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1611 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1612 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1613 @samp{%} to make the intended insn match.
1615 @cindex @samp{#} in constraint
1616 @item #
1617 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1618 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1619 register preferences.
1621 @cindex @samp{*} in constraint
1622 @item *
1623 Says that the following character should be ignored when choosing
1624 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1625 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1626 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1627 following character matches the operand.
1629 @ifset INTERNALS
1630 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1631 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1632 copying it into an address register.  While either kind of register is
1633 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1634 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1635 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1636 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1637 register preferences.
1639 @smallexample
1640 (define_insn "extendhisi2"
1641   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1642         (sign_extend:SI
1643          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1644   @dots{})
1645 @end smallexample
1646 @end ifset
1647 @end table
1649 @node Machine Constraints
1650 @subsection Constraints for Particular Machines
1651 @cindex machine specific constraints
1652 @cindex constraints, machine specific
1654 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1655 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1656 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1657 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1658 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1659 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1660 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1661 immediate-constant format.
1663 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1664 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1665 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1666 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1667 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1668 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1669 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1670 table heading for each architecture is the definitive reference for
1671 the meanings of that architecture's constraints.
1673 @table @emph
1674 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1675 @table @code
1676 @item k
1677 The stack pointer register (@code{SP})
1679 @item w
1680 Floating point or SIMD vector register
1682 @item I
1683 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1684 instruction
1686 @item J
1687 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1688 instruction (once negated)
1690 @item K
1691 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1693 @item L
1694 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1696 @item M
1697 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1698 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1699 machine instructions depending on the value
1701 @item N
1702 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1703 pseudo instruction
1705 @item S
1706 An absolute symbolic address or a label reference
1708 @item Y
1709 Floating point constant zero
1711 @item Z
1712 Integer constant zero
1714 @item Ush
1715 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1716 within 4GB of the instruction
1718 @item Q
1719 A memory address which uses a single base register with no offset
1721 @item Ump
1722 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1723 DF modes
1725 @end table
1728 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1729 @table @code
1730 @item q
1731 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1732 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1733 option is in effect.
1735 @item e
1736 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1737 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1738 This constraint can only match when the @option{-mq}
1739 option is in effect.
1740 @item D
1741 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1743 @item I
1744 A signed 12-bit integer constant.
1746 @item Cal
1747 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1748 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1749 involving a PIC relocation.
1751 @item K
1752 A 3-bit unsigned integer constant.
1754 @item L
1755 A 6-bit unsigned integer constant.
1757 @item CnL
1758 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1760 @item CmL
1761 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1763 @item M
1764 A 5-bit unsigned integer constant.
1766 @item O
1767 A 7-bit unsigned integer constant.
1769 @item P
1770 A 8-bit unsigned integer constant.
1772 @item H
1773 Any const_double value.
1774 @end table
1776 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1777 @table @code
1778 @item w
1779 VFP floating-point register
1781 @item G
1782 The floating-point constant 0.0
1784 @item I
1785 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1786 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1787 multiple of 2
1789 @item J
1790 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1792 @item K
1793 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1795 @item L
1796 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1798 @item M
1799 Integer in the range 0 to 32
1801 @item Q
1802 A memory reference where the exact address is in a single register
1803 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1805 @item R
1806 An item in the constant pool
1808 @item S
1809 A symbol in the text segment of the current file
1811 @item Uv
1812 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1814 @item Uy
1815 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1817 @item Uq
1818 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1819 @end table
1821 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1822 @table @code
1823 @item l
1824 Registers from r0 to r15
1826 @item a
1827 Registers from r16 to r23
1829 @item d
1830 Registers from r16 to r31
1832 @item w
1833 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1835 @item e
1836 Pointer register (r26--r31)
1838 @item b
1839 Base pointer register (r28--r31)
1841 @item q
1842 Stack pointer register (SPH:SPL)
1844 @item t
1845 Temporary register r0
1847 @item x
1848 Register pair X (r27:r26)
1850 @item y
1851 Register pair Y (r29:r28)
1853 @item z
1854 Register pair Z (r31:r30)
1856 @item I
1857 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1859 @item J
1860 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1862 @item K
1863 Constant integer 2
1865 @item L
1866 Constant integer 0
1868 @item M
1869 Constant that fits in 8 bits
1871 @item N
1872 Constant integer @minus{}1
1874 @item O
1875 Constant integer 8, 16, or 24
1877 @item P
1878 Constant integer 1
1880 @item G
1881 A floating point constant 0.0
1883 @item Q
1884 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1885 @end table
1887 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
1888 @table @code
1889 @item U16
1890 An unsigned 16-bit constant.
1892 @item K
1893 An unsigned 5-bit constant.
1895 @item L
1896 A signed 11-bit constant.
1898 @item Cm1
1899 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
1900 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1902 @item Cl1
1903 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
1904 being a block of trailing zeroes.
1905 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1907 @item Cr1
1908 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
1909 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
1910 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1912 @item Cal
1913 Constant for arithmetic/logical operations.
1914 This is like @code{i}, except that for position independent code,
1915 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
1917 @item Csy
1918 Symbolic constant for call/jump instruction.
1920 @item Rcs
1921 The register class usable in short insns.  This is a register class
1922 constraint, and can thus drive register allocation.
1923 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
1924 in effect.
1926 @item Rsc
1927 The the register class of registers that can be used to hold a
1928 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
1930 @item Rct
1931 Core control register class.
1933 @item Rgs
1934 The register group usable in short insns.
1935 This constraint does not use a register class, so that it only
1936 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
1938 @ifset INTERNALS
1939 @item Car
1940 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
1941 For byte, halfword, or word addressing.
1942 @end ifset
1944 @item Rra
1945 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
1947 @item Rcc
1948 Matches the integer condition code register.
1950 @item Sra
1951 Matches the return address if it is in a stack slot.
1953 @item Cfm
1954 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
1955 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
1956 @end table
1958 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
1959 @table @code
1961 @item b
1962 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1964 @item t
1965 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
1967 @item p
1968 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
1970 @item I
1971 Signed constant that fits in 4 bits
1973 @item J
1974 Signed constant that fits in 5 bits
1976 @item K
1977 Signed constant that fits in 6 bits
1979 @item L
1980 Unsigned constant that fits in 4 bits
1982 @item M
1983 Signed constant that fits in 32 bits
1985 @item N
1986 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
1988 @item G
1989 Floating point constant that is legal for store immediate
1990 @end table
1992 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1993 @table @code
1994 @item a
1995 General register 1
1997 @item f
1998 Floating point register
2000 @item q
2001 Shift amount register
2003 @item x
2004 Floating point register (deprecated)
2006 @item y
2007 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2009 @item Z
2010 Any register
2012 @item I
2013 Signed 11-bit integer constant
2015 @item J
2016 Signed 14-bit integer constant
2018 @item K
2019 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2021 @item L
2022 Signed 5-bit integer constant
2024 @item M
2025 Integer constant 0
2027 @item N
2028 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2030 @item O
2031 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2033 @item P
2034 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2035 and @code{extru} instructions
2037 @item S
2038 Integer constant 31
2040 @item U
2041 Integer constant 63
2043 @item G
2044 Floating-point constant 0.0
2046 @item A
2047 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2049 @item Q
2050 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2051 integer store instruction
2053 @item R
2054 A scaled or unscaled indexed memory operand
2056 @item T
2057 A memory operand for floating-point loads and stores
2059 @item W
2060 A register indirect memory operand
2061 @end table
2063 @item picoChip family---@file{picochip.h}
2064 @table @code
2065 @item k
2066 Stack register.
2068 @item f
2069 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
2070 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
2071 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
2072 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
2073 size.
2075 @item t
2076 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
2077 register to create a 32-bit register.
2079 @item a
2080 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
2081 constant + offset).
2083 @item I
2084 4-bit signed integer.
2086 @item J
2087 4-bit unsigned integer.
2089 @item K
2090 8-bit signed integer.
2092 @item M
2093 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
2095 @item N
2096 10-bit signed integer
2098 @item O
2099 16-bit signed integer.
2101 @end table
2103 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
2104 @table @code
2105 @item b
2106 Address base register
2108 @item d
2109 Floating point register (containing 64-bit value)
2111 @item f
2112 Floating point register (containing 32-bit value)
2114 @item v
2115 Altivec vector register
2117 @item wa
2118 Any VSX register if the -mvsx option was used or NO_REGS.
2120 When using any of the register constraints (@code{wa}, @code{wd},
2121 @code{wf}, @code{wg}, @code{wh}, @code{wi}, @code{wj}, @code{wk},
2122 @code{wl}, @code{wm}, @code{ws}, @code{wt}, @code{wu}, @code{wv},
2123 @code{ww}, or @code{wy}) that take VSX registers, you must use
2124 @code{%x<n>} in the template so that the correct register is used.
2125 Otherwise the register number output in the assembly file will be
2126 incorrect if an Altivec register is an operand of a VSX instruction
2127 that expects VSX register numbering.
2129 @smallexample
2130 asm ("xvadddp %x0,%x1,%x2" : "=wa" (v1) : "wa" (v2), "wa" (v3));
2131 @end smallexample
2133 is correct, but:
2135 @smallexample
2136 asm ("xvadddp %0,%1,%2" : "=wa" (v1) : "wa" (v2), "wa" (v3));
2137 @end smallexample
2139 is not correct.
2141 @item wd
2142 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
2144 @item wf
2145 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
2147 @item wg
2148 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
2150 @item wh
2151 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
2153 @item wi
2154 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
2156 @item wj
2157 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
2159 @item wk
2160 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
2162 @item wl
2163 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
2165 @item wm
2166 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
2168 @item wn
2169 No register (NO_REGS).
2171 @item wr
2172 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
2174 @item ws
2175 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
2177 @item wt
2178 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
2180 @item wu
2181 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
2183 @item wv
2184 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
2186 @item ww
2187 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
2189 @item wx
2190 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
2192 @item wy
2193 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
2195 @item wz
2196 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
2198 @item wD
2199 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
2201 @item wQ
2202 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
2203 instructions.
2205 @item h
2206 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
2208 @item q
2209 @samp{MQ} register
2211 @item c
2212 @samp{CTR} register
2214 @item l
2215 @samp{LINK} register
2217 @item x
2218 @samp{CR} register (condition register) number 0
2220 @item y
2221 @samp{CR} register (condition register)
2223 @item z
2224 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
2226 @item I
2227 Signed 16-bit constant
2229 @item J
2230 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
2231 @code{SImode} constants)
2233 @item K
2234 Unsigned 16-bit constant
2236 @item L
2237 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
2239 @item M
2240 Constant larger than 31
2242 @item N
2243 Exact power of 2
2245 @item O
2246 Zero
2248 @item P
2249 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
2251 @item G
2252 Floating point constant that can be loaded into a register with one
2253 instruction per word
2255 @item H
2256 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
2257 three instructions
2259 @item m
2260 Memory operand.
2261 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
2262 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
2263 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
2264 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2265 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2266 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2267 corresponding load or store instruction.  For example:
2269 @smallexample
2270 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2271 @end smallexample
2273 is correct but:
2275 @smallexample
2276 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2277 @end smallexample
2279 is not.
2281 @item es
2282 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2283 automodification of the base register.  This used to be useful when
2284 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
2285 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
2286 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2288 @item Q
2289 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2290 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2292 @item Z
2293 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2294 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2296 @item R
2297 AIX TOC entry
2299 @item a
2300 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2301 preferable for @code{asm} statements)
2303 @item S
2304 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2306 @item T
2307 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2309 @item U
2310 System V Release 4 small data area reference
2312 @item t
2313 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2315 @item W
2316 Vector constant that does not require memory
2318 @item j
2319 Vector constant that is all zeros.
2321 @end table
2323 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2324 @table @code
2325 @item R
2326 Legacy register---the eight integer registers available on all
2327 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2328 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2330 @item q
2331 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2332 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2334 @item Q
2335 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2336 @code{c}, and @code{d}.
2338 @ifset INTERNALS
2339 @item l
2340 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2341 access: that is, any general register except the stack pointer.
2342 @end ifset
2344 @item a
2345 The @code{a} register.
2347 @item b
2348 The @code{b} register.
2350 @item c
2351 The @code{c} register.
2353 @item d
2354 The @code{d} register.
2356 @item S
2357 The @code{si} register.
2359 @item D
2360 The @code{di} register.
2362 @item A
2363 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2364 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2365 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2366 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2368 @smallexample
2369 unsigned long long rdtsc (void)
2371   unsigned long long tick;
2372   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2373   return tick;
2375 @end smallexample
2377 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2378 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2380 @smallexample
2381 unsigned long long rdtsc (void)
2383   unsigned int tickl, tickh;
2384   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2385   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2387 @end smallexample
2390 @item f
2391 Any 80387 floating-point (stack) register.
2393 @item t
2394 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2396 @item u
2397 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2399 @item y
2400 Any MMX register.
2402 @item x
2403 Any SSE register.
2405 @item Yz
2406 First SSE register (@code{%xmm0}).
2408 @ifset INTERNALS
2409 @item Y2
2410 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2412 @item Yi
2413 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2415 @item Ym
2416 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2417 @end ifset
2419 @item I
2420 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2422 @item J
2423 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2425 @item K
2426 Signed 8-bit integer constant.
2428 @item L
2429 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2431 @item M
2432 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2434 @item N
2435 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2436 instructions).
2438 @ifset INTERNALS
2439 @item O
2440 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2441 @end ifset
2443 @item G
2444 Standard 80387 floating point constant.
2446 @item C
2447 Standard SSE floating point constant.
2449 @item e
2450 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2451 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2452 instructions).
2454 @item Z
2455 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2456 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2457 instructions).
2459 @end table
2461 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2462 @table @code
2463 @item a
2464 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2466 @item b
2467 Branch register
2469 @item c
2470 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2472 @item d
2473 Application register residing in M-unit
2475 @item e
2476 Application register residing in I-unit
2478 @item f
2479 Floating-point register
2481 @item m
2482 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2483 the operand can have postincrement and postdecrement which
2484 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2486 @item G
2487 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2489 @item I
2490 14-bit signed integer constant
2492 @item J
2493 22-bit signed integer constant
2495 @item K
2496 8-bit signed integer constant for logical instructions
2498 @item L
2499 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2501 @item M
2502 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2504 @item N
2505 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2507 @item O
2508 The constant zero
2510 @item P
2511 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2513 @item Q
2514 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2516 @item R
2517 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2519 @item S
2520 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2521 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2522 or @samp{>}.
2523 @end table
2525 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2526 @table @code
2527 @item a
2528 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2530 @item b
2531 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2533 @item c
2534 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2535 @code{icc0} to @code{icc3}).
2537 @item d
2538 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2540 @item e
2541 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2542 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2543 mode larger than 4 bytes.
2545 @item f
2546 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2548 @item h
2549 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2550 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2551 mode larger than 4 bytes.
2553 @item l
2554 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2556 @item q
2557 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2558 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2559 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2561 @item t
2562 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2564 @item u
2565 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2567 @item v
2568 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2570 @item w
2571 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2573 @item x
2574 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2575 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2576 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2578 @item z
2579 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2581 @item A
2582 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2584 @item B
2585 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2587 @item C
2588 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2590 @item G
2591 Floating point constant zero
2593 @item I
2594 6-bit signed integer constant
2596 @item J
2597 10-bit signed integer constant
2599 @item L
2600 16-bit signed integer constant
2602 @item M
2603 16-bit unsigned integer constant
2605 @item N
2606 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2607 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2609 @item O
2610 Constant zero
2612 @item P
2613 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2614 range of 1 to 2047.
2616 @end table
2618 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2619 @table @code
2620 @item a
2621 P register
2623 @item d
2624 D register
2626 @item z
2627 A call clobbered P register.
2629 @item q@var{n}
2630 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2631 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2633 @item D
2634 Even-numbered D register
2636 @item W
2637 Odd-numbered D register
2639 @item e
2640 Accumulator register.
2642 @item A
2643 Even-numbered accumulator register.
2645 @item B
2646 Odd-numbered accumulator register.
2648 @item b
2649 I register
2651 @item v
2652 B register
2654 @item f
2655 M register
2657 @item c
2658 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2660 @item C
2661 The CC register.
2663 @item t
2664 LT0 or LT1.
2666 @item k
2667 LC0 or LC1.
2669 @item u
2670 LB0 or LB1.
2672 @item x
2673 Any D, P, B, M, I or L register.
2675 @item y
2676 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2677 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2679 @item w
2680 Any register except accumulators or CC.
2682 @item Ksh
2683 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2685 @item Kuh
2686 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2688 @item Ks7
2689 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2691 @item Ku7
2692 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2694 @item Ku5
2695 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2697 @item Ks4
2698 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2700 @item Ks3
2701 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2703 @item Ku3
2704 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2706 @item P@var{n}
2707 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2709 @item PA
2710 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2711 use with either accumulator.
2713 @item PB
2714 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2715 use only with accumulator A1.
2717 @item M1
2718 Constant 255.
2720 @item M2
2721 Constant 65535.
2723 @item J
2724 An integer constant with exactly a single bit set.
2726 @item L
2727 An integer constant with all bits set except exactly one.
2729 @item H
2731 @item Q
2732 Any SYMBOL_REF.
2733 @end table
2735 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2736 @table @code
2737 @item Rsp
2738 @itemx Rfb
2739 @itemx Rsb
2740 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2742 @item Rcr
2743 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2744 registers are 24 bits wide)
2746 @item Rcl
2747 Any control register, when they're 24 bits wide.
2749 @item R0w
2750 @itemx R1w
2751 @itemx R2w
2752 @itemx R3w
2753 $r0, $r1, $r2, $r3.
2755 @item R02
2756 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2758 @item R13
2759 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2761 @item Rdi
2762 A register that can hold a 64 bit value.
2764 @item Rhl
2765 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2767 @item R23
2768 $r2 or $r3
2770 @item Raa
2771 Address registers
2773 @item Raw
2774 Address registers when they're 16 bits wide.
2776 @item Ral
2777 Address registers when they're 24 bits wide.
2779 @item Rqi
2780 Registers that can hold QI values.
2782 @item Rad
2783 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2785 @item Rsi
2786 Registers that can hold 32 bit values.
2788 @item Rhi
2789 Registers that can hold 16 bit values.
2791 @item Rhc
2792 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2793 registers.
2795 @item Rra
2796 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2798 @item Rfl
2799 The flags register.
2801 @item Rmm
2802 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2804 @item Rpi
2805 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2806 bit registers for m32cm, m32c).
2808 @item Rpa
2809 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2810 Used to match function return values.
2812 @item Is3
2813 @minus{}8 @dots{} 7
2815 @item IS1
2816 @minus{}128 @dots{} 127
2818 @item IS2
2819 @minus{}32768 @dots{} 32767
2821 @item IU2
2822 0 @dots{} 65535
2824 @item In4
2825 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2827 @item In5
2828 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2830 @item In6
2831 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2833 @item IM2
2834 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2836 @item Ilb
2837 An 8 bit value with exactly one bit set.
2839 @item Ilw
2840 A 16 bit value with exactly one bit set.
2842 @item Sd
2843 The common src/dest memory addressing modes.
2845 @item Sa
2846 Memory addressed using $a0 or $a1.
2848 @item Si
2849 Memory addressed with immediate addresses.
2851 @item Ss
2852 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2854 @item Sf
2855 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2857 @item Ss
2858 Memory addressed using the small base register ($sb).
2860 @item S1
2861 $r1h
2862 @end table
2864 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2865 @table @code
2867 @item a
2868 The $sp register.
2870 @item b
2871 The $tp register.
2873 @item c
2874 Any control register.
2876 @item d
2877 Either the $hi or the $lo register.
2879 @item em
2880 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2882 @item ex
2883 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2885 @item er
2886 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2888 @item h
2889 The $hi register.
2891 @item j
2892 The $rpc register.
2894 @item l
2895 The $lo register.
2897 @item t
2898 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2900 @item v
2901 The $gp register.
2903 @item x
2904 The coprocessor registers.
2906 @item y
2907 The coprocessor control registers.
2909 @item z
2910 The $0 register.
2912 @item A
2913 User-defined register set A.
2915 @item B
2916 User-defined register set B.
2918 @item C
2919 User-defined register set C.
2921 @item D
2922 User-defined register set D.
2924 @item I
2925 Offsets for $gp-rel addressing.
2927 @item J
2928 Constants that can be used directly with boolean insns.
2930 @item K
2931 Constants that can be moved directly to registers.
2933 @item L
2934 Small constants that can be added to registers.
2936 @item M
2937 Long shift counts.
2939 @item N
2940 Small constants that can be compared to registers.
2942 @item O
2943 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2945 @item S
2946 Signed 8-bit immediates.
2948 @item T
2949 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2951 @item U
2952 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2954 @item W
2955 The top half of a symbol's value.
2957 @item Y
2958 A register indirect address without offset.
2960 @item Z
2961 Symbolic references to the control bus.
2963 @end table
2965 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2966 @table @code
2967 @item d
2968 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2970 @item z
2971 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2973 @end table
2975 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2976 @table @code
2977 @item d
2978 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2979 generating MIPS16 code.
2981 @item f
2982 A floating-point register (if available).
2984 @item h
2985 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2987 @item l
2988 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2989 no bigger than a word.
2991 @item x
2992 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2993 to store doubleword values.
2995 @item c
2996 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2997 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2999 @item v
3000 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
3001 it is retained only for compatibility with glibc.
3003 @item y
3004 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
3006 @item z
3007 A floating-point condition code register.
3009 @item I
3010 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
3012 @item J
3013 Integer zero.
3015 @item K
3016 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
3018 @item L
3019 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
3020 Such constants can be loaded using @code{lui}.
3022 @item M
3023 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
3024 or @code{ori}.
3026 @item N
3027 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
3029 @item O
3030 A signed 15-bit constant.
3032 @item P
3033 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
3035 @item G
3036 Floating-point zero.
3038 @item R
3039 An address that can be used in a non-macro load or store.
3041 @item ZC
3042 When compiling microMIPS code, this constraint matches a memory operand
3043 whose address is formed from a base register and a 12-bit offset.  These
3044 operands can be used for microMIPS instructions such as @code{ll} and
3045 @code{sc}.  When not compiling for microMIPS code, @code{ZC} is
3046 equivalent to @code{R}.
3048 @item ZD
3049 When compiling microMIPS code, this constraint matches an address operand
3050 that is formed from a base register and a 12-bit offset.  These operands
3051 can be used for microMIPS instructions such as @code{prefetch}.  When
3052 not compiling for microMIPS code, @code{ZD} is equivalent to @code{p}.
3053 @end table
3055 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
3056 @table @code
3057 @item a
3058 Address register
3060 @item d
3061 Data register
3063 @item f
3064 68881 floating-point register, if available
3066 @item I
3067 Integer in the range 1 to 8
3069 @item J
3070 16-bit signed number
3072 @item K
3073 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
3075 @item L
3076 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
3078 @item M
3079 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
3081 @item N
3082 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
3084 @item O
3085 16 (for rotate using swap)
3087 @item P
3088 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
3090 @item R
3091 Numbers that mov3q can handle
3093 @item G
3094 Floating point constant that is not a 68881 constant
3096 @item S
3097 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
3099 @item T
3100 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
3102 @item Q
3103 Address register indirect addressing mode
3105 @item U
3106 Register offset addressing
3108 @item W
3109 const_call_operand
3111 @item Cs
3112 symbol_ref or const
3114 @item Ci
3115 const_int
3117 @item C0
3118 const_int 0
3120 @item Cj
3121 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
3123 @item Cmvq
3124 Integers valid for mvq
3126 @item Capsw
3127 Integers valid for a moveq followed by a swap
3129 @item Cmvz
3130 Integers valid for mvz
3132 @item Cmvs
3133 Integers valid for mvs
3135 @item Ap
3136 push_operand
3138 @item Ac
3139 Non-register operands allowed in clr
3141 @end table
3143 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
3144 @table @code
3145 @item A
3146 An absolute address
3148 @item B
3149 An offset address
3151 @item W
3152 A register indirect memory operand
3154 @item I
3155 A constant in the range of 0 to 255.
3157 @item N
3158 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
3160 @end table
3162 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
3163 @table @code
3165 @item R12
3166 Register R12.
3168 @item R13
3169 Register R13.
3171 @item K
3172 Integer constant 1.
3174 @item L
3175 Integer constant -1^20..1^19.
3177 @item M
3178 Integer constant 1-4.
3180 @item Ya
3181 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
3183 @item Yl
3184 Memory reference, labels only.
3186 @item Ys
3187 Memory reference, stack only.
3189 @end table
3191 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
3192 @table @code
3193 @item w
3194 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
3195 @item l
3196 LOW register class $r0 to $r7.
3197 @item d
3198 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
3199 @item h
3200 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
3201 @item t
3202 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
3203 @item k
3204 Stack register $sp.
3205 @item Iu03
3206 Unsigned immediate 3-bit value.
3207 @item In03
3208 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
3209 @item Iu04
3210 Unsigned immediate 4-bit value.
3211 @item Is05
3212 Signed immediate 5-bit value.
3213 @item Iu05
3214 Unsigned immediate 5-bit value.
3215 @item In05
3216 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
3217 @item Ip05
3218 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
3219 @item Iu06
3220 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
3221 @item Iu08
3222 Unsigned immediate 8-bit value.
3223 @item Iu09
3224 Unsigned immediate 9-bit value.
3225 @item Is10
3226 Signed immediate 10-bit value.
3227 @item Is11
3228 Signed immediate 11-bit value.
3229 @item Is15
3230 Signed immediate 15-bit value.
3231 @item Iu15
3232 Unsigned immediate 15-bit value.
3233 @item Ic15
3234 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
3235 @item Ie15
3236 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
3237 @item It15
3238 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
3239 @item Ii15
3240 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
3241 and ok for bitci instruction.
3242 @item Is16
3243 Signed immediate 16-bit value.
3244 @item Is17
3245 Signed immediate 17-bit value.
3246 @item Is19
3247 Signed immediate 19-bit value.
3248 @item Is20
3249 Signed immediate 20-bit value.
3250 @item Ihig
3251 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
3252 @item Izeb
3253 The immediate value 0xff.
3254 @item Izeh
3255 The immediate value 0xffff.
3256 @item Ixls
3257 The immediate value 0x01.
3258 @item Ix11
3259 The immediate value 0x7ff.
3260 @item Ibms
3261 The immediate value with power of 2.
3262 @item Ifex
3263 The immediate value with power of 2 minus 1.
3264 @item U33
3265 Memory constraint for 333 format.
3266 @item U45
3267 Memory constraint for 45 format.
3268 @item U37
3269 Memory constraint for 37 format.
3270 @end table
3272 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
3273 @table @code
3275 @item I
3276 Integer that is valid as an immediate operand in an
3277 instruction taking a signed 16-bit number. Range
3278 @minus{}32768 to 32767.
3280 @item J
3281 Integer that is valid as an immediate operand in an
3282 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
3283 0 to 65535.
3285 @item K
3286 Integer that is valid as an immediate operand in an
3287 instruction taking only the upper 16-bits of a
3288 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
3289 16-bits being 0.
3291 @item L
3292 Integer that is valid as an immediate operand for a 
3293 shift instruction. Range 0 to 31.
3295 @item M
3296 Integer that is valid as an immediate operand for
3297 only the value 0. Can be used in conjunction with
3298 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
3299 instead of @code{0} in the assembly output.
3301 @item N
3302 Integer that is valid as an immediate operand for
3303 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
3305 @item S
3306 Matches immediates which are addresses in the small
3307 data section and therefore can be added to @code{gp}
3308 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
3310 @ifset INTERNALS
3311 @item T
3312 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
3313 representing a supported PIC or TLS relocation.
3314 @end ifset
3316 @end table
3318 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
3319 @table @code
3320 @item a
3321 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
3322 memory with a single instruction.
3324 @item d
3325 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
3326 16-bit multiply operations.
3328 @item f
3329 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
3331 @item G
3332 Floating point constant 0.
3334 @item I
3335 An integer constant that fits in 16 bits.
3337 @item J
3338 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
3340 @item K
3341 An integer constant that does not meet the constraints for codes
3342 @samp{I} or @samp{J}.
3344 @item L
3345 The integer constant 1.
3347 @item M
3348 The integer constant @minus{}1.
3350 @item N
3351 The integer constant 0.
3353 @item O
3354 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
3355 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
3356 variable-length shift.
3358 @item Q
3359 A memory reference which requires an additional word (address or
3360 offset) after the opcode.
3362 @item R
3363 A memory reference that is encoded within the opcode.
3365 @end table
3367 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3368 @table @code
3370 @item Int3
3371 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3372 @item Int8
3373 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3374 @item J
3375 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3376 @item K
3377 The integer constant 1.
3378 @item L
3379 The integer constant -1.
3380 @item M
3381 The integer constant 0.
3382 @item N
3383 The integer constant 2.
3384 @item O
3385 The integer constant -2.
3386 @item P
3387 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3388 @item Qbi
3389 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3390 @item Qsc
3391 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3392 @item Wab
3393 A memory reference with an absolute address.
3394 @item Wbc
3395 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3396 @item Wca
3397 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3398 @item Wcv
3399 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3400 @item Wd2
3401 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3402 @item Wde
3403 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3404 @item Wfr
3405 Any memory reference to an address in the far address space.
3406 @item Wh1
3407 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3408 @item Whb
3409 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3410 @item Whl
3411 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3412 @item Ws1
3413 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3414 @item Y
3415 Any memory reference to an address in the near address space.
3416 @item A
3417 The @code{AX} register.
3418 @item B
3419 The @code{BC} register.
3420 @item D
3421 The @code{DE} register.
3422 @item R
3423 @code{A} through @code{L} registers.
3424 @item S
3425 The @code{SP} register.
3426 @item T
3427 The @code{HL} register.
3428 @item Z08W
3429 The 16-bit @code{R8} register.
3430 @item Z10W
3431 The 16-bit @code{R10} register.
3432 @item Zint
3433 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3434 @item a
3435 The @code{A} register.
3436 @item b
3437 The @code{B} register.
3438 @item c
3439 The @code{C} register.
3440 @item d
3441 The @code{D} register.
3442 @item e
3443 The @code{E} register.
3444 @item h
3445 The @code{H} register.
3446 @item l
3447 The @code{L} register.
3448 @item v
3449 The virtual registers.
3450 @item w
3451 The @code{PSW} register.
3452 @item x
3453 The @code{X} register.
3455 @end table
3457 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3458 @table @code
3459 @item Q
3460 An address which does not involve register indirect addressing or
3461 pre/post increment/decrement addressing.
3463 @item Symbol
3464 A symbol reference.
3466 @item Int08
3467 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3469 @item Sint08
3470 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3472 @item Sint16
3473 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3475 @item Sint24
3476 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3478 @item Uint04
3479 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3481 @end table
3483 @need 1000
3484 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3485 @table @code
3486 @item f
3487 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3488 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3490 @item e
3491 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3492 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3493 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3495 @item c
3496 Floating-point condition code register.
3498 @item d
3499 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3500 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3502 @item b
3503 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3504 when the Visual Instruction Set is available.
3506 @item h
3507 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3509 @item C
3510 The constant all-ones, for floating-point.
3512 @item A
3513 Signed 5-bit constant
3515 @item D
3516 A vector constant
3518 @item I
3519 Signed 13-bit constant
3521 @item J
3522 Zero
3524 @item K
3525 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3526 loaded with the @code{sethi} instruction)
3528 @item L
3529 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3530 signed immediate)
3532 @item M
3533 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3534 signed immediate)
3536 @item N
3537 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3538 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3539 modes wider than @code{SImode}
3541 @item O
3542 The constant 4096
3544 @item G
3545 Floating-point zero
3547 @item H
3548 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3550 @item P
3551 The constant -1
3553 @item Q
3554 Floating-point constant whose integral representation can
3555 be moved into an integer register using a single sethi
3556 instruction
3558 @item R
3559 Floating-point constant whose integral representation can
3560 be moved into an integer register using a single mov
3561 instruction
3563 @item S
3564 Floating-point constant whose integral representation can
3565 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3566 instruction sequence
3568 @item T
3569 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3571 @item U
3572 Even register
3574 @item W
3575 Memory address for @samp{e} constraint registers
3577 @item w
3578 Memory address with only a base register
3580 @item Y
3581 Vector zero
3583 @end table
3585 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3586 @table @code
3587 @item a
3588 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3590 @item c
3591 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3593 @item d
3594 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3596 @item f
3597 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3599 @item A
3600 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3602 @item B
3603 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3605 @item C
3606 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3608 @item D
3609 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3611 @item I
3612 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3614 @item J
3615 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3617 @item K
3618 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3620 @item M
3621 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3623 @item N
3624 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3626 @item O
3627 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3629 @item P
3630 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3632 @item R
3633 Call operand, reg, for indirect calls
3635 @item S
3636 Call operand, symbol, for relative calls.
3638 @item T
3639 Call operand, const_int, for absolute calls.
3641 @item U
3642 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3644 @item W
3645 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3647 @item Y
3648 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3650 @item Z
3651 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3653 @end table
3655 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3656 @table @code
3657 @item a
3658 Address register (general purpose register except r0)
3660 @item c
3661 Condition code register
3663 @item d
3664 Data register (arbitrary general purpose register)
3666 @item f
3667 Floating-point register
3669 @item I
3670 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3672 @item J
3673 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3675 @item K
3676 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3678 @item L
3679 Value appropriate as displacement.
3680 @table @code
3681 @item (0..4095)
3682 for short displacement
3683 @item (@minus{}524288..524287)
3684 for long displacement
3685 @end table
3687 @item M
3688 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3690 @item N
3691 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3692 @table @code
3693 @item 0..9:
3694 number of the part counting from most to least significant
3695 @item H,Q:
3696 mode of the part
3697 @item D,S,H:
3698 mode of the containing operand
3699 @item 0,F:
3700 value of the other parts (F---all bits set)
3701 @end table
3702 The constraint matches if the specified part of a constant
3703 has a value different from its other parts.
3705 @item Q
3706 Memory reference without index register and with short displacement.
3708 @item R
3709 Memory reference with index register and short displacement.
3711 @item S
3712 Memory reference without index register but with long displacement.
3714 @item T
3715 Memory reference with index register and long displacement.
3717 @item U
3718 Pointer with short displacement.
3720 @item W
3721 Pointer with long displacement.
3723 @item Y
3724 Shift count operand.
3726 @end table
3728 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3729 @table @code
3730 @item d
3731 Registers from r0 to r32.
3733 @item e
3734 Registers from r0 to r16.
3736 @item t
3737 r8---r11 or r22---r27 registers.
3739 @item h
3740 hi register.
3742 @item l
3743 lo register.
3745 @item x
3746 hi + lo register.
3748 @item q
3749 cnt register.
3751 @item y
3752 lcb register.
3754 @item z
3755 scb register.
3757 @item a
3758 cnt + lcb + scb register.
3760 @item c
3761 cr0---cr15 register.
3763 @item b
3764 cp1 registers.
3766 @item f
3767 cp2 registers.
3769 @item i
3770 cp3 registers.
3772 @item j
3773 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3775 @item I
3776 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3778 @item J
3779 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3781 @item K
3782 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3784 @item L
3785 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3787 @item M
3788 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3790 @item N
3791 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3793 @item Z
3794 Any SYMBOL_REF.
3795 @end table
3797 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3798 @table @code
3799 @item a
3800 Register r0.
3802 @item b
3803 Register r1.
3805 @item c
3806 Register r2.
3808 @item d
3809 Register r8.
3811 @item e
3812 Registers r0 through r7.
3814 @item t
3815 Registers r0 and r1.
3817 @item y
3818 The carry register.
3820 @item z
3821 Registers r8 and r9.
3823 @item I
3824 A constant between 0 and 3 inclusive.
3826 @item J
3827 A constant that has exactly one bit set.
3829 @item K
3830 A constant that has exactly one bit clear.
3832 @item L
3833 A constant between 0 and 255 inclusive.
3835 @item M
3836 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3838 @item N
3839 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3841 @item O
3842 A constant between 1 and 4 inclusive.
3844 @item P
3845 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3847 @item Q
3848 A memory reference that is a stack push.
3850 @item R
3851 A memory reference that is a stack pop.
3853 @item S
3854 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3856 @item T
3857 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3859 @item U
3860 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3862 @item Z
3863 The constant 0.
3865 @end table
3867 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3868 @table @code
3869 @item a
3870 Register file A (A0--A31).
3872 @item b
3873 Register file B (B0--B31).
3875 @item A
3876 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3877 higher, A1 and A2 otherwise).
3879 @item B
3880 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3882 @item C
3883 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3885 @item Da
3886 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3887 plus A0 if not C64X or higher).
3889 @item Db
3890 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3892 @item Iu4
3893 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3895 @item Iu5
3896 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3898 @item In5
3899 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3901 @item Is5
3902 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3904 @item I5x
3905 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3907 @item IuB
3908 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3910 @item IsB
3911 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3913 @item IsC
3914 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3916 @item Jc
3917 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3919 @item Js
3920 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3922 @item Q
3923 Memory location with A base register.
3925 @item R
3926 Memory location with B base register.
3928 @ifset INTERNALS
3929 @item S0
3930 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3932 @item S1
3933 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3935 @item Si
3936 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3938 @item T
3939 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3941 @item W
3942 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3944 @end ifset
3945 @item Z
3946 Register B14 (aka DP).
3948 @end table
3950 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3951 @table @code
3952 @item R00
3953 @itemx R01
3954 @itemx R02
3955 @itemx R03
3956 @itemx R04
3957 @itemx R05
3958 @itemx R06
3959 @itemx R07
3960 @itemx R08
3961 @itemx R09
3962 @itemx R10
3963 Each of these represents a register constraint for an individual
3964 register, from r0 to r10.
3966 @item I
3967 Signed 8-bit integer constant.
3969 @item J
3970 Signed 16-bit integer constant.
3972 @item K
3973 Unsigned 16-bit integer constant.
3975 @item L
3976 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3977 (@minus{}129 @dots{} 126).
3979 @item m
3980 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3981 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3982 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3984 @smallexample
3985 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3986 @end smallexample
3988 @item M
3989 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3991 @item N
3992 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3994 @item O
3995 The integer zero constant.
3997 @item P
3998 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
4000 @item Q
4001 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
4002 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
4004 @item S
4005 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
4007 @item T
4008 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
4010 @item U
4011 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
4012 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
4014 @item W
4015 An 8-element vector constant with identical elements.
4017 @item Y
4018 A 4-element vector constant with identical elements.
4020 @item Z0
4021 The integer constant 0xffffffff.
4023 @item Z1
4024 The integer constant 0xffffffff00000000.
4026 @end table
4028 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
4029 @table @code
4030 @item R00
4031 @itemx R01
4032 @itemx R02
4033 @itemx R03
4034 @itemx R04
4035 @itemx R05
4036 @itemx R06
4037 @itemx R07
4038 @itemx R08
4039 @itemx R09
4040 @itemx R10
4041 Each of these represents a register constraint for an individual
4042 register, from r0 to r10.
4044 @item I
4045 Signed 8-bit integer constant.
4047 @item J
4048 Signed 16-bit integer constant.
4050 @item K
4051 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
4053 @item L
4054 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
4055 (@minus{}129 @dots{} 126).
4057 @item m
4058 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
4059 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
4060 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
4062 @smallexample
4063 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
4064 @end smallexample
4066 @item M
4067 A bit mask suitable for the MM instruction.
4069 @item N
4070 Integer constant that is a byte tiled out four times.
4072 @item O
4073 The integer zero constant.
4075 @item P
4076 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
4078 @item Q
4079 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
4080 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
4082 @item T
4083 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
4084 reference.
4086 @item U
4087 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
4088 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
4090 @item W
4091 A 4-element vector constant with identical elements.
4093 @item Y
4094 A 2-element vector constant with identical elements.
4096 @end table
4098 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4099 @table @code
4100 @item a
4101 General-purpose 32-bit register
4103 @item b
4104 One-bit boolean register
4106 @item A
4107 MAC16 40-bit accumulator register
4109 @item I
4110 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4112 @item J
4113 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4115 @item K
4116 Integer constant valid for BccI instructions
4118 @item L
4119 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4121 @end table
4123 @end table
4125 @ifset INTERNALS
4126 @node Disable Insn Alternatives
4127 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4128 @cindex enabled
4130 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
4131 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
4132 new instructions to an existing pattern which are only available for
4133 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
4134 option.
4136 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
4137 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
4138 unsatisfiable.
4140 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
4141 in the machine description files:
4143 @enumerate
4144 @item
4145 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
4146 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
4147 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
4148 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
4149 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
4150 @code{(const_int 0)} otherwise.
4151 @item
4152 A definition of another insn attribute used to describe for what
4153 reason an insn alternative might be available or
4154 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
4155 @item
4156 An assignment for the second attribute to each insn definition
4157 combining instructions which are not all available under the same
4158 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
4159 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
4160 disabled or enabled using the insn condition.)
4161 @end enumerate
4163 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4164 attribute:
4166 @smallexample
4168 (define_insn "*movdi_old"
4169   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4170         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4171   "!TARGET_NEW"
4172   "lgr %0,%1")
4174 (define_insn "*movdi_new"
4175   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4176         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4177   "TARGET_NEW"
4178   "@@
4179    lgr  %0,%1
4180    ldgr %0,%1
4181    lgdr %0,%1")
4183 @end smallexample
4187 @smallexample
4189 (define_insn "*movdi_combined"
4190   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4191         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4192   ""
4193   "@@
4194    lgr  %0,%1
4195    ldgr %0,%1
4196    lgdr %0,%1"
4197   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4199 @end smallexample
4201 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4203 @smallexample
4205 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4207 (define_attr "enabled" ""
4208   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4209          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4210               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4211          (const_int 1)]
4212         (const_int 0)))
4214 @end smallexample
4216 @end ifset
4218 @ifset INTERNALS
4219 @node Define Constraints
4220 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4221 @cindex defining constraints
4222 @cindex constraints, defining
4224 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4225 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4226 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4227 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4229 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4230 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4231 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4232 must begin with a letter or underscore.
4234 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4235 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4236 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4237 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4238 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4239 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4241 Register constraints correspond directly to register classes.
4242 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4243 definitions.
4245 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4246 All three arguments are string constants.
4247 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4248 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4249 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4250 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4251 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4252 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4253 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4254 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4255 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4256 is not available on a given subarchitecture.
4258 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4259 constraint.  Docstrings are explained further below.
4260 @end deffn
4262 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4263 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
4264 constraint matches.
4266 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4267 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4268 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4269 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4270 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4271 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4272 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4273 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4274 might match, just like predicate expressions.
4276 @code{match_test} C expressions have access to the
4277 following variables:
4279 @table @var
4280 @item op
4281 The RTL object defining the operand.
4282 @item mode
4283 The machine mode of @var{op}.
4284 @item ival
4285 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4286 @item hval
4287 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4288 @code{const_double}.
4289 @item lval
4290 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4291 @code{const_double}.
4292 @item rval
4293 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4294 @code{const_double}.
4295 @end table
4297 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4298 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4299 object.
4300 @end deffn
4302 Most non-register constraints should be defined with
4303 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4304 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4305 by @code{reload} if they fail to match.
4307 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4308 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4309 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4310 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4311 base register (from the register class specified by
4312 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4314 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4315 memory references, but only those that do not make use of an index
4316 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4317 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4318 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4319 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4320 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4321 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4323 The syntax and semantics are otherwise identical to
4324 @code{define_constraint}.
4325 @end deffn
4327 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4328 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4329 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4330 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4331 with @var{X} a base register.
4333 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4334 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4335 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4336 the generic @samp{p} constraint.
4338 The syntax and semantics are otherwise identical to
4339 @code{define_constraint}.
4340 @end deffn
4342 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4343 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4344 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4345 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4346 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4347 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4348 it correctly:
4350 @smallexample
4351 @group
4352 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4353   "@var{doc}@dots{}"
4354   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4355        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4356 @end group
4357 @end smallexample
4358 @c the semicolons line up in the formatted manual
4360 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4361 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4363 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4364 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4365 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4366 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4367 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4368 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4369 causes a reload failure.
4371 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4372 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4373 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4374 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4376 @node C Constraint Interface
4377 @subsection Testing constraints from C
4378 @cindex testing constraints
4379 @cindex constraints, testing
4381 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4382 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4383 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4384 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
4385 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
4386 may change in the future.
4388 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
4389 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
4390 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
4391 the old constraint interface that machine-independent components of
4392 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
4393 future.
4395 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4396 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4397 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4398 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4399 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4401 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4402 @example
4403 @multitable {Original} {Mangled}
4404 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4405 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4406 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4407 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4408 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4409 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4410 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4411 @end multitable
4412 @end example
4414 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4415 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4416 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4417 a larger identifier).
4419 @deftp Enum constraint_num
4420 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
4421 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4422 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4423 argument expect one of these constants.
4425 Machine-independent constraints do not have associated constants.
4426 This may change in the future.
4427 @end deftp
4429 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4430 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
4431 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4432 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4433 before @file{tm_p.h}.
4434 @end deftypefun
4436 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4437 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4438 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4439 specifies a register constraint, this function will always return
4440 @code{false}.
4441 @end deftypefun
4443 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4444 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4445 a register constraint, or those registers are not available for the
4446 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4447 @end deftypefun
4449 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4450 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4451 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4452 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4453 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4454 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4455 definition from the i386 machine description.)
4457 @smallexample
4458 (define_peephole2
4459   [(match_scratch:SI 3 "r")
4460    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4461         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4462                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4464   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4466   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4467    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4469   "")
4470 @end smallexample
4472 @node Standard Names
4473 @section Standard Pattern Names For Generation
4474 @cindex standard pattern names
4475 @cindex pattern names
4476 @cindex names, pattern
4478 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4479 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4480 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4481 pattern to accomplish a certain task.
4483 @table @asis
4484 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4485 @item @samp{mov@var{m}}
4486 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4487 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4488 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4490 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4491 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4492 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4493 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4494 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4495 outside the target word are left unchanged.
4497 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4498 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4499 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4500 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4501 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4503 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4504 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4505 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4506 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4507 into a register.
4509 @findex force_reg
4510 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4511 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4512 registers other than the operands.  For example, if you support the
4513 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4514 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4515 function which might generate new pseudo registers.
4517 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4518 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4519 some temporary registers.
4521 @findex change_address
4522 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4523 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4524 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4525 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4526 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4527 an address into a valid address and no routine (such as
4528 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4529 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4531 @findex reload_in_progress
4532 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4533 declared if required) can be used to determine whether such special
4534 handling is required.
4536 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4537 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4538 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4539 machines explicit memory references will get optional reloads.
4541 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4542 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4544 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4545 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4547 @findex can_create_pseudo_p
4548 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4549 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4550 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4552 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4553 register to any other hard register provided that
4554 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4555 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4556 of 2.
4558 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4559 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4560 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4561 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4562 point members.
4564 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4565 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4566 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4567 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4568 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4569 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4570 reload into a floating point register.
4572 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4573 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4574 @item @samp{reload_in@var{m}}
4575 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4576 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4577 @code{secondary_reload}.
4579 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4580 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4581 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4582 macro in @pxref{Register Classes}.
4584 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4585 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4586 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4587 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4588 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4589 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4590 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4591 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4592 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4593 for these patterns.
4595 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4596 @item @samp{movstrict@var{m}}
4597 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4598 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4599 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4600 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4602 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4603 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4604 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4605 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4606 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4607 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4608 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4610 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4611 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4613 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4614 @item @samp{load_multiple}
4615 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4616 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4617 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4618 number of consecutive registers.
4620 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4621 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4622 registers from memory is to do them one at a time.
4624 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4625 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4626 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4627 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4628 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4630 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4631 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4632 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4633 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4634 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4636 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4637 @item @samp{store_multiple}
4638 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4639 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4640 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4641 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4643 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4644 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4645 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4646 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4647 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4648 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4649 of elements.  The operation is equivalent to:
4651 @smallexample
4652 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4653 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4654   for (i = 0; i < c; i++)
4655     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4656 @end smallexample
4658 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4659 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4660 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4662 This pattern can only be used if:
4663 @smallexample
4664 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4665 @end smallexample
4666 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4667 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4668 loads for vectors of mode @var{n}.
4670 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4671 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4672 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4673 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4674 equivalent to:
4676 @smallexample
4677 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4678 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4679   for (i = 0; i < c; i++)
4680     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4681 @end smallexample
4683 for a memory operand 0 and register operand 1.
4685 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4686 @item @samp{vec_set@var{m}}
4687 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4688 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4690 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
4691 @item @samp{vec_extract@var{m}}
4692 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4693 specify field index and operand 0 place to store value into.
4695 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4696 @item @samp{vec_init@var{m}}
4697 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4698 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4700 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4701 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4702 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4703 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4704 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a
4705 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4706 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4707 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4708 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4709 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4711 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4712 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4713 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4714 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4715 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4716 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4718 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4719 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4720 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4721 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4722 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4724 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4725 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4726 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4727 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4728 mode @var{q}.
4730 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4731 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4732 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4733 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4735 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4736 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4737 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4738 specific constant permutation is available efficiently; the named
4739 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4741 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4742 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4743 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4745 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4746 @item @samp{push@var{m}1}
4747 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4748 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4749 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4750 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4751 method is deprecated.
4753 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4754 @item @samp{add@var{m}3}
4755 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4756 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4757 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4759 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
4760 @item @samp{addptr@var{m}3}
4761 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
4762 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
4763 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
4764 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
4765 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
4766 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
4767 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
4768 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
4770 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4771 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4772 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4773 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4774 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4775 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4776 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4777 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4778 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4779 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4780 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4781 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4782 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4783 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4784 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4785 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4786 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4787 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4788 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4789 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4790 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4791 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4792 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4793 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4794 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4795 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4796 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4797 Similar, for other arithmetic operations.
4799 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4800 @item @samp{fma@var{m}4}
4801 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4802 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
4803 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
4804 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
4805 the ISO C99 standard.
4807 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4808 @item @samp{fms@var{m}4}
4809 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4810 product instead of added to the product.  This is represented
4811 in the rtl as
4813 @smallexample
4814 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4815 @end smallexample
4817 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4818 @item @samp{fnma@var{m}4}
4819 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4820 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4821 in the rtl as
4823 @smallexample
4824 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4825 @end smallexample
4827 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4828 @item @samp{fnms@var{m}4}
4829 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4830 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4831 in the rtl as
4833 @smallexample
4834 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4835 @end smallexample
4837 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4838 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4839 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4840 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4841 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4842 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4844 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4845 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4846 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4847 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4848 operand 1, and the result is stored in the least significant bits of
4849 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4850 modes. These are legacy optabs, and platforms should prefer to implement
4851 @samp{reduc_smin_scal_@var{m}} and @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}.
4853 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4854 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4855 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4856 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4857 operand 1, and the result is stored in the least significant bits of
4858 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4859 modes. These are legacy optabs, and platforms should prefer to implement
4860 @samp{reduc_umin_scal_@var{m}} and @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}.
4862 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4863 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4864 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}, @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4865 Compute the sum of the signed/unsigned elements of a vector. The vector is
4866 operand 1, and the result is stored in the least significant bits of operand 0
4867 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4868 These are legacy optabs, and platforms should prefer to implement
4869 @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}.
4871 @cindex @code{reduc_smin_scal_@var{m}} instruction pattern
4872 @cindex @code{reduc_smax_scal_@var{m}} instruction pattern
4873 @item @samp{reduc_smin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}
4874 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4875 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
4876 the elements of the input vector.
4878 @cindex @code{reduc_umin_scal_@var{m}} instruction pattern
4879 @cindex @code{reduc_umax_scal_@var{m}} instruction pattern
4880 @item @samp{reduc_umin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}
4881 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4882 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
4883 the elements of the input vector.
4885 @cindex @code{reduc_plus_scal_@var{m}} instruction pattern
4886 @item @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}
4887 Compute the sum of the elements of a vector. The vector is operand 1, and
4888 operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of the elements of
4889 the input vector.
4891 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4892 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4893 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4894 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4895 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4896 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4897 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4898 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4899 is of the same mode as operand 3.
4901 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4902 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4903 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4904 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4905 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4906 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4907 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4908 of a wider mode.)
4910 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4911 @item @samp{vec_shr_@var{m}}
4912 Whole vector right shift in bits.
4913 Operand 1 is a vector to be shifted.
4914 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4915 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4916 The output and input vectors should have the same modes.
4918 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4919 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4920 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4921 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4922 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4923 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4925 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4926 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4927 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4928 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4929 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4930 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4931 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4932 saturating arithmetic.
4934 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4935 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4936 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4937 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4938 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4939 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4940 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4942 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4943 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4944 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4945 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4946 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4947 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4948 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4949 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4951 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4952 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4953 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4954 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4955 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4956 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4957 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4959 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4960 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4961 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4962 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4963 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4964 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4965 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4966 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4967 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4968 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4969 the output vector (operand 0).
4971 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4972 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
4973 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4974 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4975 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
4976 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
4977 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
4978 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
4979 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4980 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4981 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
4982 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
4983 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4984 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4985 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
4986 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
4987 pair if it is less efficient than lo/hi one.
4989 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4990 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4991 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4992 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4993 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
4994 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
4995 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
4996 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
4997 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
4998 output vector (operand 0).
5000 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
5001 @item @samp{mulhisi3}
5002 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
5003 a @code{SImode} product in operand 0.
5005 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
5006 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
5007 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
5008 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
5010 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
5011 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
5012 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
5013 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
5014 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
5015 multiplication.
5017 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
5018 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
5019 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
5020 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
5021 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
5022 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
5023 multiplication.
5025 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5026 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
5027 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
5028 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
5029 The least significant half of the product is discarded.
5031 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5032 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
5033 Similar, but the multiplication is unsigned.
5035 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5036 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
5037 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
5038 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5039 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5040 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5041 the size of @var{m}.
5043 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
5044 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
5046 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5048 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5049 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5050 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5051 operands instead of sign-extending them.
5053 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5054 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5055 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5056 signed-saturating.
5058 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5059 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5060 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5061 unsigned-saturating.
5063 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5064 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5065 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5066 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5067 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5068 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5069 the size of @var{m}.
5071 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5072 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5073 from operand 3.
5075 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5077 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5078 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5079 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5080 operands instead of sign-extending them.
5082 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5083 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5084 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5085 signed-saturating.
5087 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5088 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5089 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5090 unsigned-saturating.
5092 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5093 @item @samp{divmod@var{m}4}
5094 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5095 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5096 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5098 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5099 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5100 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5101 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5102 and remainder are computed.
5104 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5105 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5106 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5107 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5108 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5110 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5111 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5112 Similar, but does unsigned division.
5114 @anchor{shift patterns}
5115 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5116 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5117 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5118 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5119 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5120 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5121 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5122 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5123 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
5124 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5125 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5127 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5128 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5129 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5130 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5131 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5132 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5133 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5135 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5136 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5137 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5138 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5139 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5140 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
5141 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5142 instead of a scalar type.
5144 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5145 @item @samp{bswap@var{m}2}
5146 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5148 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5149 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5150 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5151 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5152 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5154 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5155 @item @samp{abs@var{m}2}
5156 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5158 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5159 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5160 Store the square root of operand 1 into operand 0.
5162 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
5163 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
5164 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5165 type @code{float}.
5167 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5168 @item @samp{fmod@var{m}3}
5169 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5170 operand 0, rounded towards zero to an integer.
5172 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
5173 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
5174 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5175 type @code{float}.
5177 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5178 @item @samp{remainder@var{m}3}
5179 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5180 operand 0, rounded to the nearest integer.
5182 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
5183 which corresponds to the C data type @code{double} and the
5184 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
5185 to the C data type @code{float}.
5187 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5188 @item @samp{cos@var{m}2}
5189 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
5191 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
5192 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
5193 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5194 type @code{float}.
5196 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5197 @item @samp{sin@var{m}2}
5198 Store the sine of operand 1 into operand 0.
5200 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
5201 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
5202 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5203 type @code{float}.
5205 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5206 @item @samp{sincos@var{m}3}
5207 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5208 operand 2 into operand 1.
5210 The @code{sin} and @code{cos} built-in functions of C always use the
5211 mode which corresponds to the C data type @code{double} and the
5212 @code{sinf} and @code{cosf} built-in function use the mode which
5213 corresponds to the C data type @code{float}.
5214 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5215 implement this pattern as opposed to implementing individual
5216 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5217 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5218 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5219 left unused.
5221 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5222 @item @samp{exp@var{m}2}
5223 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
5225 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
5226 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
5227 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5228 type @code{float}.
5230 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5231 @item @samp{log@var{m}2}
5232 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
5234 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
5235 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
5236 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5237 type @code{float}.
5239 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5240 @item @samp{pow@var{m}3}
5241 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5242 into operand 0.
5244 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
5245 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
5246 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5247 type @code{float}.
5249 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5250 @item @samp{atan2@var{m}3}
5251 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5252 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5253 determine the quadrant of the result.
5255 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
5256 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
5257 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5258 type @code{float}.
5260 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5261 @item @samp{floor@var{m}2}
5262 Store the largest integral value not greater than argument.
5264 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
5265 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
5266 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5267 type @code{float}.
5269 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5270 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5271 Store the argument rounded to integer towards zero.
5273 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
5274 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
5275 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5276 type @code{float}.
5278 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5279 @item @samp{round@var{m}2}
5280 Store the argument rounded to integer away from zero.
5282 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
5283 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
5284 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5285 type @code{float}.
5287 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5288 @item @samp{ceil@var{m}2}
5289 Store the argument rounded to integer away from zero.
5291 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
5292 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
5293 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5294 type @code{float}.
5296 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5297 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5298 Store the argument rounded according to the default rounding mode
5300 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
5301 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
5302 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5303 type @code{float}.
5305 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5306 @item @samp{rint@var{m}2}
5307 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
5308 raise the inexact exception when the result differs in value from
5309 the argument
5311 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
5312 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
5313 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5314 type @code{float}.
5316 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5317 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5318 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5319 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5320 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5322 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5323 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5324 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5325 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5326 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5328 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5329 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5330 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5331 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5332 operand 0 (which has mode @var{n}).
5334 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5335 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5336 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5337 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5338 operand 0 (which has mode @var{n}).
5340 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5341 @item @samp{copysign@var{m}3}
5342 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5343 2 into operand 0.
5345 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
5346 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
5347 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5348 type @code{float}.
5350 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5351 @item @samp{ffs@var{m}2}
5352 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5353 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
5354 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5355 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5356 generating the instruction.
5358 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
5359 corresponds to the C data type @code{int}.
5361 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5362 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5363 Count leading redundant sign bits.
5364 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5365 at the most significant bit position.
5366 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5367 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5369 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5370 @item @samp{clz@var{m}2}
5371 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5372 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5373 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5374 the result is undefined or has a useful value.
5375 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5376 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5377 operand to that mode before generating the instruction.
5379 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5380 @item @samp{ctz@var{m}2}
5381 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5382 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5383 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5384 the result is undefined or has a useful value.
5385 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5386 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5387 operand to that mode before generating the instruction.
5389 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5390 @item @samp{popcount@var{m}2}
5391 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.  @var{m} is the
5392 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5393 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5394 generating the instruction.
5396 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5397 @item @samp{parity@var{m}2}
5398 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5399 in operand 1 modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
5400 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
5401 the operand to that mode before generating the instruction.
5403 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5404 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5405 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5407 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5408 @item @samp{movmem@var{m}}
5409 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5410 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5411 address in mode @code{Pmode}.
5413 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5414 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5415 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5416 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5417 a pattern with a
5418 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5419 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5420 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5422 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5423 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5424 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5425 it may provide the value 4 for this operand.
5427 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5428 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5429 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5430 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5431 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5433 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5434 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5435 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5436 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5437 individually moved data units in the block.
5439 These patterns need not give special consideration to the possibility
5440 that the source and destination strings might overlap.
5442 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5443 @item @samp{movstr}
5444 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5445 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5446 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5447 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5448 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5449 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5451 This patern has also several optional operands that are same as in
5452 @code{setmem}.
5454 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5455 @item @samp{setmem@var{m}}
5456 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5457 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5458 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5459 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5460 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5461 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5463 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5464 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5465 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5466 operand.
5468 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5469 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5470 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5471 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5472 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5473 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5474 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5475 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5476 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5478 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5480 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5481 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5482 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5483 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5484 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5485 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5486 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5487 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5488 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5489 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5490 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5491 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5493 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5494 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5495 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5496 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5497 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5498 @code{Pmode}.
5500 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5501 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5502 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5503 it may provide the value 4 for this operand.
5505 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5506 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5507 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5508 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5509 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5510 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5511 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5512 result of the comparison.
5514 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5515 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5516 Block compare instruction, with five operands like the operands
5517 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5518 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5519 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5520 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5521 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5522 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5523 the result of the comparison.
5525 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5526 @item @samp{strlen@var{m}}
5527 Compute the length of a string, with three operands.
5528 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5529 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5530 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5531 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5532 of the beginning of the string.
5534 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5535 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5536 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5537 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5538 @var{n}).
5540 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5541 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5542 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5543 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5544 @var{n}).
5546 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5547 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5548 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5549 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5550 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5551 the value of operand 1 is an integer.
5553 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5554 define the @code{ftrunc} pattern.
5556 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5557 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5558 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5559 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5560 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5561 value of operand 1 is an integer.
5563 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5564 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5565 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5566 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5567 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
5569 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5570 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
5571 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
5572 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5574 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5575 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
5576 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
5577 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5579 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5580 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
5581 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5582 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5583 point or both floating point.
5585 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5586 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
5587 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5588 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5589 point or both floating point.
5591 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5592 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
5593 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5594 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5595 point.
5597 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5598 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
5599 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5600 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5601 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5602 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5603 or fixed-point to floating-point.
5604 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5606 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5607 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
5608 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5609 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5610 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5611 or floating-point to fixed-point.
5612 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5613 results to the maximum or the minimum.
5615 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5616 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
5617 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5618 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5619 could be unsigned integer to fixed-point, or
5620 fixed-point to unsigned integer.
5621 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5623 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5624 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
5625 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
5626 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5627 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5628 results to the maximum or the minimum.
5630 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
5631 @item @samp{extv@var{m}}
5632 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
5633 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
5634 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
5635 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
5636 otherwise.
5638 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
5639 target-specific mode.
5641 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
5642 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
5643 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
5644 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
5645 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
5646 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5647 is true and from the least significant bit otherwise.
5649 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
5650 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
5652 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
5654 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
5655 @item @samp{extzv@var{m}}
5656 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
5658 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
5659 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
5660 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
5661 zero-extended.
5663 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
5664 @item @samp{insv@var{m}}
5665 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
5666 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
5667 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5668 is true and from the least significant bit otherwise.
5670 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
5671 target-specific mode.
5673 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
5674 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
5675 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
5676 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
5677 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
5678 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5679 is true and from the least significant bit otherwise.
5681 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
5682 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
5684 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
5686 @cindex @code{extv} instruction pattern
5687 @item @samp{extv}
5688 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
5689 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
5690 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
5691 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
5692 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
5693 be valid for @code{word_mode}.
5695 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5696 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
5698 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
5699 before it is stored in operand 0.
5701 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
5702 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
5704 @cindex @code{extzv} instruction pattern
5705 @item @samp{extzv}
5706 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
5708 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
5709 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
5711 @cindex @code{insv} instruction pattern
5712 @item @samp{insv}
5713 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
5714 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
5715 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
5716 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
5717 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
5719 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5720 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
5722 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
5723 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
5725 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
5726 @item @samp{mov@var{mode}cc}
5727 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
5728 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
5729 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
5731 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
5732 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
5733 conditionally move an integer value based on the floating point condition
5734 codes and vice versa.
5736 If the machine does not have conditional move instructions, do not
5737 define these patterns.
5739 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
5740 @item @samp{add@var{mode}cc}
5741 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
5742 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
5743 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
5744 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
5746 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
5747 @item @samp{cstore@var{mode}4}
5748 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
5749 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
5750 are the first and second operand of the comparison, respectively.
5751 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
5752 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
5753 mode you have used and supplies an operand of that mode.
5755 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
5756 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
5757 you should omit it from the machine description.  You describe to the
5758 compiler exactly which value is stored by defining the macro
5759 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
5760 found that can be used for all the possible comparison operators, you
5761 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
5762 onto the one you chose.
5764 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
5765 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
5766 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
5767 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
5768 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
5769 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
5771 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
5772 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
5773 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
5774 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
5775 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
5776 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
5777 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
5778 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
5779 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
5780 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
5781 from the machine description.
5783 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
5784 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
5785 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
5786 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
5787 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
5788 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
5790 @cindex @code{jump} instruction pattern
5791 @item @samp{jump}
5792 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
5793 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
5794 on all machines.
5796 @cindex @code{call} instruction pattern
5797 @item @samp{call}
5798 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
5799 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
5800 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
5801 operands.
5803 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
5804 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
5805 to put this information into the assembler code; they can put it in
5806 the RTL instead of operand 1.
5808 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
5809 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
5810 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
5811 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
5812 instruction, the pattern for this operation should be a
5813 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
5814 address into a register and uses that register in the call instruction.
5816 @cindex @code{call_value} instruction pattern
5817 @item @samp{call_value}
5818 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
5819 register in which the value is returned.  There are three more
5820 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
5821 instruction (but with numbers increased by one).
5823 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
5824 insn.
5826 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
5827 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
5828 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
5829 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
5830 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
5831 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
5832 adjustment made to the frame pointer.
5834 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
5835 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
5836 can be eliminated, if desired.
5838 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
5839 @item @samp{untyped_call}
5840 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
5841 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
5842 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
5843 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5844 the saving of a function return value into the result block.
5846 This instruction pattern should be defined to support
5847 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
5848 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
5849 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
5850 multiple registers that can hold a return value
5851 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
5853 @cindex @code{return} instruction pattern
5854 @item @samp{return}
5855 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5856 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5857 from a function.
5859 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
5860 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
5861 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
5862 some class of functions only requires one instruction to implement a
5863 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
5864 to save any registers or allocate stack space.
5866 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
5867 @code{simple_return} if no epilogue is required.
5869 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
5870 @item @samp{simple_return}
5871 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5872 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5873 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
5874 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
5875 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
5876 prologue has not been executed, and a function return should occur without
5877 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
5878 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
5880 @findex reload_completed
5881 @findex leaf_function_p
5882 For such machines, the condition specified in this pattern should only
5883 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
5884 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
5885 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
5886 a register window push is required.
5888 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5889 such as
5891 @smallexample
5892 (define_insn ""
5893   [(set (pc)
5894         (if_then_else (match_operator
5895                          0 "comparison_operator"
5896                          [(cc0) (const_int 0)])
5897                       (return)
5898                       (pc)))]
5899   "@var{condition}"
5900   "@dots{}")
5901 @end smallexample
5903 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5904 named @samp{return} pattern.
5906 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5907 @item @samp{untyped_return}
5908 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5909 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5910 instructions are needed to return a value of any type.
5912 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5913 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5914 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5915 the restoring of a function return value from the result block.
5917 @cindex @code{nop} instruction pattern
5918 @item @samp{nop}
5919 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5920 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5921 RTL pattern.
5923 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5924 @item @samp{indirect_jump}
5925 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5926 This pattern name is mandatory on all machines.
5928 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5929 @item @samp{casesi}
5930 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5931 This instruction takes five operands:
5933 @enumerate
5934 @item
5935 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5937 @item
5938 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5940 @item
5941 The total range of indices in the table---the largest index
5942 minus the smallest one (both inclusive).
5944 @item
5945 A label that precedes the table itself.
5947 @item
5948 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5949 @end enumerate
5951 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5952 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
5953 difference between the upper bound and the lower bound.
5955 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5956 @item @samp{tablejump}
5957 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5958 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5959 is no @samp{casesi} pattern.
5961 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5962 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5963 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5964 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5965 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5966 mode @code{Pmode}.
5968 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5969 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5970 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5971 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5974 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5975 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5976 Conditional branch instruction that decrements a register and
5977 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5978 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5979 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5981 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5982 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5983 reduction is enabled.
5985 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5986 @item @samp{doloop_end}
5987 Conditional branch instruction that decrements a register and
5988 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5989 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5990 register is nonzero.
5991 @xref{Looping Patterns}.
5993 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5994 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5995 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
5996 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
5997 low-overhead loops can be used.
5999 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
6000 @item @samp{doloop_begin}
6001 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
6002 need to perform some initialization, such as loading a special counter
6003 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
6004 operand 0 is the register that it decrements.
6006 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
6007 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
6009 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
6010 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
6011 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
6012 into operand 0.
6014 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
6015 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
6016 and also has mode @code{Pmode}.
6018 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
6019 the address of the function which would be called if the function
6020 pointer were used in an indirect call.
6022 Only define this pattern if function pointers on the target machine
6023 can have different values but still call the same function when
6024 used in an indirect call.
6026 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
6027 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
6028 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
6029 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
6030 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
6031 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
6032 @item @samp{save_stack_block}
6033 @itemx @samp{save_stack_function}
6034 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
6035 @itemx @samp{restore_stack_block}
6036 @itemx @samp{restore_stack_function}
6037 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
6038 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
6039 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
6040 such machines.
6042 Some machines require special handling for stack pointer saves and
6043 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
6044 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
6045 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
6046 saves and restores are:
6048 @enumerate
6049 @item
6050 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6051 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6052 restores the stack pointer when the block is exited.
6054 @item
6055 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6056 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6057 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6058 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6059 restore sequence on some machines.
6061 @item
6062 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6063 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6064 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6065 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6066 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6067 and restoring additional data such as register window information or
6068 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6069 such required data.
6070 @end enumerate
6072 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6073 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6074 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6075 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6076 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6077 for a particular type of save (either because no save is needed or
6078 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6079 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6080 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6081 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6083 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6084 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6085 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6087 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6088 @item @samp{allocate_stack}
6089 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6090 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6092 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6093 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6094 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6095 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6096 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6097 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6098 stack is free.
6100 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6101 Some machines require other operations such as stack probes or
6102 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6103 operations in addition to updating the stack pointer.
6105 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6106 @item @samp{check_stack}
6107 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6108 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6109 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6110 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6111 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6112 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6114 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6115 @item @samp{probe_stack_address}
6116 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6117 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6118 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6119 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6121 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6122 @item @samp{probe_stack}
6123 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6124 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6125 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6126 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6127 in the stack that needs to be probed.
6129 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6130 @item @samp{nonlocal_goto}
6131 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6132 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6133 each representing a value to be used in the jump.  The first
6134 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6135 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6136 the third is the address of a location where the stack is saved,
6137 and the last is the address of the label, to be placed in the
6138 location for the incoming static chain.
6140 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6141 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6142 and static chain, restore the stack (using the
6143 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6144 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6145 not work on your machine.
6147 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6148 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6149 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6150 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6151 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6152 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6153 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6154 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6155 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6156 There are no arguments.
6158 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6159 @item @samp{exception_receiver}
6160 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6161 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6162 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6163 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6164 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6165 an exception.  There are no arguments.
6167 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6168 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6169 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6170 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6171 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6172 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6173 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6174 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6175 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6176 the first three are normally used by the generic mechanism.
6178 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6179 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6180 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6181 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6182 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6183 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6184 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6185 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6186 at a small offset from that label.
6188 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6189 @item @samp{builtin_longjmp}
6190 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6191 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6192 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6193 @code{jmp_buf}.
6195 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6196 @item @samp{eh_return}
6197 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6198 and thence the call frame exception handling library routines, are
6199 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6200 the abnormal return path.
6202 The address of the exception handler to which the function should return
6203 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6204 the pattern to some special register or memory location.
6205 If the pattern needs to determine the location of the target call
6206 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6207 if defined; it will have already been assigned.
6209 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6210 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6211 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6212 handling is to be used.
6214 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6215 @anchor{prologue instruction pattern}
6216 @item @samp{prologue}
6217 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6218 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6219 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6221 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6222 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6224 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6225 instruction scheduling.
6227 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6228 @anchor{window_save instruction pattern}
6229 @item @samp{window_save}
6230 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6231 be defined if the target machine has register windows but the window events
6232 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6233 architecture.
6235 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6236 @anchor{epilogue instruction pattern}
6237 @item @samp{epilogue}
6238 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6239 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6240 registers and emitting the return instruction.
6242 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6243 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6245 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6246 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6248 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6249 @item @samp{sibcall_epilogue}
6250 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6251 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6252 sibling call (aka tail call) sites.
6254 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6255 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6256 function.
6258 @cindex @code{trap} instruction pattern
6259 @item @samp{trap}
6260 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6261 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
6262 front end to signal `invalid array index' exceptions.
6264 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6265 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6266 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6267 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6268 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6270 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6272 @smallexample
6273 (define_insn "ctrapsi4"
6274   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6275              [(match_operand 1 "register_operand")
6276               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6277             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6278   ""
6279   "@dots{}")
6280 @end smallexample
6282 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6283 @item @samp{prefetch}
6285 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6286 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6287 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6288 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6289 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6290 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6291 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6292 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6293 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6295 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6296 the values of operands 1 and 2.
6298 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6299 @item @samp{blockage}
6301 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6302 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6303 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6304 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6306 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6307 @item @samp{memory_barrier}
6309 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6310 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6311 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6312 This pattern has no operands.
6314 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6315 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6317 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6318 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6319 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6320 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6321 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6322 of the operation; it should contain the contents of the memory
6323 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6324 a copy of operand 2.
6326 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6328 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6329 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6330 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6331 after the atomic operation.
6333 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6334 operation is available via the status flags, it is possible to
6335 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6336 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6337 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6338 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6339 description includes such a set, the target should also define special
6340 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6341 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6342 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6343 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6345 For targets where the operating system may provide support for this
6346 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6347 may be initialized to a function with the same interface as the
6348 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6349 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6350 target can initialize all of the optabs at once with
6351 @code{init_sync_libfuncs}.
6352 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6353 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6354 interruptable locking.
6356 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6357 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6358 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6359 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6360 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6361 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6362 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6363 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6364 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6366 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6367 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6368 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6370 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6371 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6372 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6373 after the atomic operation.
6375 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6376 from a compare-and-swap operation, if defined.
6378 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6379 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6380 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6381 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6382 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6383 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6384 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6385 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6386 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6388 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6389 and return the value that the memory contained before the operation.
6390 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6391 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6392 to the binary operator.
6394 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6395 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6396 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6397 after the atomic operation.
6399 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6400 from a compare-and-swap operation, if defined.
6402 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6403 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6404 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6405 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6406 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6407 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6408 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6409 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6410 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6412 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6413 except that they return the value that exists in the memory location
6414 after the operation, rather than before the operation.
6416 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6417 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6419 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6420 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6421 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6422 is the value to set in the lock.
6424 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6425 which the previous value in memory operand is copied into the result
6426 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6428 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6429 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6430 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6431 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6432 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6434 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6435 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6436 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6438 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6439 a compare-and-swap operation, if defined.
6441 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6442 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6444 This pattern, if defined, releases a lock set by
6445 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6446 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6448 If the target doesn't implement full semantics for
6449 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6450 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6451 of the memory operand are implementation defined.
6453 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6454 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6455 released only after all previous memory operations have completed.
6457 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6458 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6460 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6461 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6462 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6463 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6464 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6465 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6466 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6467 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6468 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6469 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6470 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6471 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6472 if the operation fails.
6474 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6475 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6476 the memory model in operand 6 is issued.  
6478 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6479 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6481 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6482 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6483 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6485 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6486 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6487 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6489 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6490 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6491 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6492 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6493 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6494 the load operation.
6496 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6497 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6498 operation if a normal load would not be atomic.
6500 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6501 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6502 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6503 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6504 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6505 the operation.
6507 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6508 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6509 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6510 attempted with the result being ignored.
6512 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6513 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6514 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6515 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6516 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6517 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6518 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6520 If this pattern is not present, the built-in function
6521 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6522 compare and swap loop.
6524 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6525 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6526 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6527 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6528 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6529 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6530 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6531 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6532 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6534 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6535 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6536 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6537 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6539 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6540 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6541 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6543 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6544 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6545 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6546 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6547 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6548 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6549 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6550 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6551 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6553 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6554 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6555 operand which contains the value of the memory location before the 
6556 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
6557 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
6558 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6560 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6561 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
6562 loop will be used.
6564 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
6565 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
6566 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
6567 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
6568 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
6569 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
6570 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
6571 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
6572 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
6574 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6575 model semantics and return the result after the operation is performed.
6576 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
6577 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6578 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
6579 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6581 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6582 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
6583 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
6584 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
6585 used.
6587 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
6588 @item @samp{atomic_test_and_set}
6590 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
6591 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
6592 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
6593 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
6594 model to be used.
6596 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
6597 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
6598 instruction.
6600 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
6601 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
6602 This pattern emits code required to implement a thread fence with
6603 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6605 If this pattern is not specified, all memory models except
6606 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6607 barrier pattern.
6609 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
6610 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
6611 This pattern emits code required to implement a signal fence with
6612 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6614 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
6615 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
6616 instructions.
6618 If this pattern is not specified, all memory models except
6619 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6620 barrier pattern.
6622 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6623 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6624 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
6625 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
6626 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
6627 these are only needed if the target needs to support the
6628 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
6629 builtins.
6631 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
6632 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
6634 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
6635 @item @samp{stack_protect_set}
6637 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
6638 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
6639 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
6640 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
6641 having clobbered it.
6643 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
6645 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
6646 @item @samp{stack_protect_test}
6648 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
6649 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
6650 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
6651 were equal.
6653 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
6654 conditional branch pattern is used.
6656 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
6657 @item @samp{clear_cache}
6659 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
6660 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
6661 inclusive and operand 1 exclusive.
6663 If this pattern is not defined, a call to the library function
6664 @code{__clear_cache} is used.
6666 @end table
6668 @end ifset
6669 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
6670 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
6671 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
6672 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
6673 @ifset INTERNALS
6674 @node Pattern Ordering
6675 @section When the Order of Patterns Matters
6676 @cindex Pattern Ordering
6677 @cindex Ordering of Patterns
6679 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
6680 pattern that appears first in the machine description is the one used.
6681 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
6682 and faster instructions (those that will produce better code when they
6683 do match) should usually go first in the description.
6685 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
6686 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
6687 instruction for converting a fullword to floating point and another
6688 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
6689 an integer to floating point could match either one.  We put the
6690 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
6691 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
6692 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
6693 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
6694 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
6695 constant value.
6697 @end ifset
6698 @ifset INTERNALS
6699 @node Dependent Patterns
6700 @section Interdependence of Patterns
6701 @cindex Dependent Patterns
6702 @cindex Interdependence of Patterns
6704 In some cases machines support instructions identical except for the
6705 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
6706 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
6707 patterns are
6709 @smallexample
6710 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6711      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
6713 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6714      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
6715 @end smallexample
6717 @noindent
6718 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
6719 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
6720 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
6721 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
6722 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
6723 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
6725 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
6726 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
6727 compilations.
6729 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
6730 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
6731 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
6732 you should not provide separate patterns for increment and decrement
6733 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
6734 that supports register-register add insns by examining the operands and
6735 generating the appropriate machine instruction.
6737 @end ifset
6738 @ifset INTERNALS
6739 @node Jump Patterns
6740 @section Defining Jump Instruction Patterns
6741 @cindex jump instruction patterns
6742 @cindex defining jump instruction patterns
6744 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
6745 The machine description should define a single pattern, usually
6746 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
6748 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
6749 and a separate branch insn testing the condition code and branching
6750 or not according to its value.  For many machines, however,
6751 separating compares and branches is limiting, which is why the
6752 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
6753 The machine description becomes clearer for architectures that
6754 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
6755 works better when different sets of comparison operators are supported
6756 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
6757 or by conditional branches with respect to conditional stores.
6759 Two separate insns are always used if the machine description represents
6760 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
6761 and on most machines that use a separate condition code register
6762 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
6763 fact, the set and use of the condition code must be separate and
6764 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
6765 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
6766 so that the comparison and branch insns could be located from each other
6767 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
6769 Even in this case having a single entry point for conditional branches
6770 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
6771 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
6772 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
6773 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
6774 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
6775 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
6777 @end ifset
6778 @ifset INTERNALS
6779 @node Looping Patterns
6780 @section Defining Looping Instruction Patterns
6781 @cindex looping instruction patterns
6782 @cindex defining looping instruction patterns
6784 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
6785 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
6786 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
6787 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
6788 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
6789 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
6790 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
6791 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
6792 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
6793 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
6794 the jump.
6796 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
6797 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
6798 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
6799 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
6800 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
6801 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
6802 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
6803 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
6804 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
6805 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
6806 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
6807 following for its @code{dbra} instruction:
6809 @smallexample
6810 @group
6811 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6812   [(set (pc)
6813         (if_then_else
6814           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6815                        (const_int -1))
6816               (const_int 0))
6817           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6818           (pc)))
6819    (set (match_dup 0)
6820         (plus:SI (match_dup 0)
6821                  (const_int -1)))]
6822   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6823   "@dots{}")
6824 @end group
6825 @end smallexample
6827 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
6828 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
6829 since this insn is generated by the instruction combination phase
6830 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
6831 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
6832 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
6833 pattern will not be matched by the combiner.
6835 @smallexample
6836 @group
6837 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6838   [(set (pc)
6839         (if_then_else
6840           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6841               (const_int 1))
6842           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6843           (pc)))
6844    (set (match_dup 0)
6845         (plus:SI (match_dup 0)
6846                  (const_int -1)))]
6847   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6848   "@dots{}")
6849 @end group
6850 @end smallexample
6852 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
6853 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
6854 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
6855 information collected during strength reduction.
6857 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
6858 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
6859 is an optional companion pattern that can be used for initialization
6860 needed for some low-overhead looping instructions.
6862 Note that some machines require the actual looping instruction to be
6863 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
6864 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
6865 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
6866 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
6867 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
6868 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
6869 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
6870 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
6871 desired special iteration counter register was not allocated, this
6872 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
6873 instruction pair.
6875 The essential difference between the
6876 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
6877 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
6878 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
6879 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
6880 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
6881 may become redundant and removed by the flow pass.
6884 @end ifset
6885 @ifset INTERNALS
6886 @node Insn Canonicalizations
6887 @section Canonicalization of Instructions
6888 @cindex canonicalization of instructions
6889 @cindex insn canonicalization
6891 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
6892 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
6893 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
6894 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
6895 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
6896 number of insn patterns required.
6898 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
6899 are performed:
6901 @itemize @bullet
6902 @item
6903 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
6904 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
6905 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
6906 be supplied.
6908 @item
6909 For associative operators, a sequence of operators will always chain
6910 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
6911 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
6912 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
6913 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
6914 floating-point.
6916 @item
6917 @cindex @code{neg}, canonicalization of
6918 @cindex @code{not}, canonicalization of
6919 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6920 @cindex @code{plus}, canonicalization of
6921 @cindex @code{minus}, canonicalization of
6922 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
6923 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
6924 first operand.
6926 @item
6927 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
6928 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
6929 the operations as far as possible.  For instance,
6930 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
6931 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
6932 @code{(minus A (mult B C))}.
6934 @cindex @code{compare}, canonicalization of
6935 @item
6936 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
6937 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
6939 @item
6940 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
6941 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
6942 above.
6944 @item
6945 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
6946 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
6947 of @code{ltu}.
6949 @item
6950 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
6951 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
6953 @item
6954 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
6955 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
6957 @cindex @code{ior}, canonicalization of
6958 @cindex @code{and}, canonicalization of
6959 @cindex De Morgan's law
6960 @item
6961 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
6962 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
6963 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
6965 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
6966 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
6967 for that instruction as
6969 @smallexample
6970 (define_insn ""
6971   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6972         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6973                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
6974   "@dots{}"
6975   "@dots{}")
6976 @end smallexample
6978 @noindent
6979 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
6981 @smallexample
6982 (define_insn ""
6983   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6984         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6985                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
6986   "@dots{}"
6987   "@dots{}")
6988 @end smallexample
6990 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
6991 logically equivalent RTL expressions.
6993 @cindex @code{xor}, canonicalization of
6994 @item
6995 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
6996 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
6997 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
6999 @item
7000 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
7001 the form
7003 @smallexample
7004 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
7005 @end smallexample
7007 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
7008 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
7009 @item
7010 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
7011 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
7012 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
7014 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7015 @item
7016 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
7017 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
7018 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
7019 for @code{zero_extend}.
7021 @item
7022 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
7023 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
7024 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
7025 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
7026 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
7027 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
7028 This transformation is only applied when it can be proven that the
7029 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
7031 @end itemize
7033 Further canonicalization rules are defined in the function
7034 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
7036 @end ifset
7037 @ifset INTERNALS
7038 @node Expander Definitions
7039 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
7040 @cindex expander definitions
7041 @cindex code generation RTL sequences
7042 @cindex defining RTL sequences for code generation
7044 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
7045 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
7046 represent them.  For these target machines, you can write a
7047 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
7049 @findex define_expand
7050 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
7051 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
7052 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
7054 A @code{define_expand} RTX has four operands:
7056 @itemize @bullet
7057 @item
7058 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
7059 use for it is to refer to it by name.
7061 @item
7062 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
7063 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
7064 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7066 @item
7067 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7068 used to express how the availability of this pattern depends on
7069 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7070 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7071 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7072 depend on the data in the insn being matched, but only the
7073 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7074 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7075 are available in a particular run.
7077 @item
7078 The preparation statements, a string containing zero or more C
7079 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7080 the RTL template.
7082 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7083 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7084 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7085 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7087 @item
7088 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7089 Attributes}.
7090 @end itemize
7092 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7093 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7094 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7097 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7098 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7099 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7101 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7102 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7103 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7104 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7105 information to preload the operand into a register if that is required for
7106 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7107 references should use @code{match_dup}.
7109 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7110 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7111 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7112 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7113 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7114 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7115 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7116 compute the values and store them into the appropriate elements of
7117 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7119 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7120 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7121 as a statement.
7123 @table @code
7125 @findex DONE
7126 @item DONE
7127 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7128 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7129 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7130 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7132 @findex FAIL
7133 @item FAIL
7134 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7135 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7136 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7138 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7139 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7140 operations.
7141 @end table
7143 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7144 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7145 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7146 insn.
7148 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7149 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7150 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7151 list of operands, such as this example:
7153 @smallexample
7154 @group
7155 (define_expand "addsi3"
7156   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7157    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7158    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7159 @end group
7160 @group
7161   ""
7162   "
7164   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7165   DONE;
7166 @}")
7167 @end group
7168 @end smallexample
7170 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7172 @smallexample
7173 @group
7174 (define_expand "ashlsi3"
7175   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7176         (ashift:SI
7177 @end group
7178 @group
7179           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7180           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7181   ""
7182   "
7183 @end group
7184 @end smallexample
7186 @smallexample
7187 @group
7189   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7190       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7191     FAIL;
7192 @}")
7193 @end group
7194 @end smallexample
7196 @noindent
7197 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7198 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7199 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7200 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7201 library call).
7203 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7204 patterns with names, then it would be possible to use a
7205 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7206 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7208 @smallexample
7209 (define_expand "zero_extendhisi2"
7210   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7211         (const_int 0))
7212    (set (strict_low_part
7213           (subreg:HI
7214             (match_dup 0)
7215             0))
7216         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7217   ""
7218   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7219 @end smallexample
7221 @noindent
7222 @findex make_safe_from
7223 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7224 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7225 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7226 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7227 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7228 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7229 by emitting another RTL insn.
7231 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7232 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7233 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7234 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7235 on this machine.  So it must be copied into a register with
7236 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7238 @smallexample
7239 (define_expand "zero_extendhisi2"
7240   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7241         (and:SI (subreg:SI
7242                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7243                   0)
7244                 (match_dup 2)))]
7245   ""
7246   "operands[2]
7247      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7248 @end smallexample
7250 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7251 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7252 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7253 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7254 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7255 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7256 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7257 in the compiler.
7259 @end ifset
7260 @ifset INTERNALS
7261 @node Insn Splitting
7262 @section Defining How to Split Instructions
7263 @cindex insn splitting
7264 @cindex instruction splitting
7265 @cindex splitting instructions
7267 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7268 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7269 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7270 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7271 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7272 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7273 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7274 cannot be placed into a delay slot.
7276 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7277 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7278 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7279 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7280 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7281 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7282 scheduling.
7284 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7285 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7286 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7287 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7288 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7289 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7290 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7291 split the addition into two insns is machine-dependent.
7293 @findex define_split
7294 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7295 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7297 @smallexample
7298 (define_split
7299   [@var{insn-pattern}]
7300   "@var{condition}"
7301   [@var{new-insn-pattern-1}
7302    @var{new-insn-pattern-2}
7303    @dots{}]
7304   "@var{preparation-statements}")
7305 @end smallexample
7307 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7308 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7309 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7310 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7311 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7312 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7314 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7315 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7316 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7317 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7318 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7319 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7320 must not allocate any space in the stack frame.
7322 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7323 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7324 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7325 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7326 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7327 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7328 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7329 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7330 of those definitions.
7332 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7333 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7334 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7336 @smallexample
7337 (define_split
7338   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7339         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7340   ""
7341   [(set (match_dup 0)
7342         (ashift:SI (match_dup 1)
7343                    (const_int 16)))
7344    (set (match_dup 0)
7345         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7346                      (const_int 16)))]
7347   "
7348 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7349 @end smallexample
7351 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7352 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7353 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7354 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7355 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7356 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7357 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7358 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7359 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7360 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7362 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7363 @file{rs6000.md}:
7365 @smallexample
7366 (define_split
7367   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7368         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7369                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7370   ""
7371   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7372    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7375   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7376   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7378   if (low & 0x8000)
7379     high++, low |= 0xffff0000;
7381   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7382   operands[4] = GEN_INT (low);
7383 @}")
7384 @end smallexample
7386 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7387 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7388 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7389 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7391 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7392 an equality comparison of a register and a large constant:
7394 @smallexample
7395 (define_split
7396   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7397         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7398                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7399    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7400   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7401    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7402        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7403   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7404    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7405   "
7407   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7408      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7409      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7411   int c = INTVAL (operands[2]);
7412   int sextc = (c << 16) >> 16;
7413   int xorv = c ^ sextc;
7415   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7416   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7417 @}")
7418 @end smallexample
7420 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7421 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7422 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7423 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7424 are not valid.
7426 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7427 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7428 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
7429 several restriction apply.
7431 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7432 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7433 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7434 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7435 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7436 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7437 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7438 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7439 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7440 forward jumps to the newly created labels.
7442 @findex define_insn_and_split
7443 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7444 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7445 this:
7447 @smallexample
7448 (define_insn_and_split
7449   [@var{insn-pattern}]
7450   "@var{condition}"
7451   "@var{output-template}"
7452   "@var{split-condition}"
7453   [@var{new-insn-pattern-1}
7454    @var{new-insn-pattern-2}
7455    @dots{}]
7456   "@var{preparation-statements}"
7457   [@var{insn-attributes}])
7459 @end smallexample
7461 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7462 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7463 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7464 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7465 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7466 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7467 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7468 from i386.md:
7470 @smallexample
7471 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7472   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7473      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7474    (clobber (reg:CC 17))]
7475   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7476   "#"
7477   "&& reload_completed"
7478   [(parallel [(set (match_dup 0)
7479                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7480               (clobber (reg:CC 17))])]
7481   ""
7482   [(set_attr "type" "alu1")])
7484 @end smallexample
7486 In this case, the actual split condition will be
7487 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7489 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7490 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7491 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7492 having to ensure the two patterns' templates match.
7494 @end ifset
7495 @ifset INTERNALS
7496 @node Including Patterns
7497 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7498 @cindex insn includes
7500 @findex include
7501 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7502 look for patterns that are in files other than in the file
7503 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7505 It looks like:
7507 @smallexample
7509 (include
7510   @var{pathname})
7511 @end smallexample
7513 For example:
7515 @smallexample
7517 (include "filestuff")
7519 @end smallexample
7521 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7522 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
7523 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
7526 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
7527 and placed into subdirectories.
7529 By specifying:
7531 @smallexample
7533 (include "BOGUS/filestuff")
7535 @end smallexample
7537 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
7539 Specifying an absolute path for the include file such as;
7540 @smallexample
7542 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
7544 @end smallexample
7545 is permitted but is not encouraged.
7547 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
7548 @cindex directory options .md
7549 @cindex options, directory search
7550 @cindex search options
7552 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
7553 For example:
7555 @smallexample
7557 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
7559 @end smallexample
7562 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
7563 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
7564 file, substituting your own version, since these directories are
7565 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
7566 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
7567 order; the standard default directory come after.
7570 @end ifset
7571 @ifset INTERNALS
7572 @node Peephole Definitions
7573 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
7574 @cindex peephole optimizer definitions
7575 @cindex defining peephole optimizers
7577 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
7578 definitions of machine-specific peephole optimizations.
7580 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
7581 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
7582 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
7583 though the second one does not appear to use a register computed in the
7584 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
7585 opportunities.
7587 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
7588 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
7589 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
7590 is deprecated.
7592 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
7593 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
7594 but before scheduling, which may result in much better code for
7595 targets that do scheduling.
7597 @menu
7598 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
7599 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
7600 @end menu
7602 @end ifset
7603 @ifset INTERNALS
7604 @node define_peephole
7605 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
7606 @findex define_peephole
7608 @need 1000
7609 A definition looks like this:
7611 @smallexample
7612 (define_peephole
7613   [@var{insn-pattern-1}
7614    @var{insn-pattern-2}
7615    @dots{}]
7616   "@var{condition}"
7617   "@var{template}"
7618   "@var{optional-insn-attributes}")
7619 @end smallexample
7621 @noindent
7622 The last string operand may be omitted if you are not using any
7623 machine-specific information in this machine description.  If present,
7624 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
7626 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
7627 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
7628 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
7629 the next, and so on.
7631 Each of the insns matched by a peephole must also match a
7632 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
7633 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
7634 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
7635 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
7636 stages.
7638 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
7639 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
7640 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
7641 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
7642 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
7643 other.
7645 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
7646 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
7647 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
7648 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
7649 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
7651 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
7652 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
7653 previously tested.
7655 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
7656 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
7657 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
7658 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
7659 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
7660 patterns.
7662 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
7663 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
7664 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
7665 the operands.
7667 @findex prev_active_insn
7668 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
7669 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
7670 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
7671 to refer to the last of the insns being matched; use
7672 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
7674 @findex dead_or_set_p
7675 When optimizing computations with intermediate results, you can use
7676 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
7677 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
7678 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
7679 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
7680 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
7681 value (from @code{operands[@var{i}]}).
7683 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
7684 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
7685 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
7686 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
7687 used in matching the original sequence of insns.
7689 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
7690 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
7691 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
7692 as the insn pattern to control how the insn is output.
7694 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
7695 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
7697 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
7699 @smallexample
7700 (define_peephole
7701   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
7702    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
7703         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
7704   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
7706   rtx xoperands[2];
7707   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
7708 #ifdef MOTOROLA
7709   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
7710   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
7711   return "fmove.d (sp)+,%0";
7712 #else
7713   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
7714   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
7715   return "fmoved sp@@+,%0";
7716 #endif
7718 @end smallexample
7720 @need 1000
7721 The effect of this optimization is to change
7723 @smallexample
7724 @group
7725 jbsr _foobar
7726 addql #4,sp
7727 movel d1,sp@@-
7728 movel d0,sp@@-
7729 fmoved sp@@+,fp0
7730 @end group
7731 @end smallexample
7733 @noindent
7734 into
7736 @smallexample
7737 @group
7738 jbsr _foobar
7739 movel d1,sp@@
7740 movel d0,sp@@-
7741 fmoved sp@@+,fp0
7742 @end group
7743 @end smallexample
7745 @ignore
7746 @findex CC_REVERSED
7747 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
7748 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
7749 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
7750 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
7751 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
7752 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
7753 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
7754 and in this C code check the condition code status flags and change the
7755 assembler code as appropriate.
7756 @end ignore
7758 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
7759 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
7760 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
7761 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
7762 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
7763 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
7764 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
7765 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
7766 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
7768 @smallexample
7769 (define_insn "divmodsi4"
7770   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7771         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7772                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7773    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7774         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7775   "TARGET_68020"
7776   "divsl%.l %2,%3:%0")
7777 @end smallexample
7779 @noindent
7780 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
7782 @smallexample
7783 (define_peephole
7784   [@dots{}
7785    (parallel
7786     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7787           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7788                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7789      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7790           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
7791    @dots{}]
7792   @dots{})
7793 @end smallexample
7795 @end ifset
7796 @ifset INTERNALS
7797 @node define_peephole2
7798 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
7799 @findex define_peephole2
7801 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
7802 substitute one sequence of instructions for another sequence,
7803 what additional scratch registers may be needed and what their
7804 lifetimes must be.
7806 @smallexample
7807 (define_peephole2
7808   [@var{insn-pattern-1}
7809    @var{insn-pattern-2}
7810    @dots{}]
7811   "@var{condition}"
7812   [@var{new-insn-pattern-1}
7813    @var{new-insn-pattern-2}
7814    @dots{}]
7815   "@var{preparation-statements}")
7816 @end smallexample
7818 The definition is almost identical to @code{define_split}
7819 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
7820 single instruction, but a sequence of instructions.
7822 It is possible to request additional scratch registers for use in the
7823 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
7824 will simply not match.
7826 @findex match_scratch
7827 @findex match_dup
7828 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
7829 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
7830 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
7831 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
7832 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
7833 at which the register must be available.
7835 Here is an example from the IA-32 machine description:
7837 @smallexample
7838 (define_peephole2
7839   [(match_scratch:SI 2 "r")
7840    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7841                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
7842                      [(match_dup 0)
7843                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
7844               (clobber (reg:CC 17))])]
7845   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
7846   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
7847    (parallel [(set (match_dup 0)
7848                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
7849               (clobber (reg:CC 17))])]
7850   "")
7851 @end smallexample
7853 @noindent
7854 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
7855 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
7856 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
7857 to be live only at the point just before the arithmetic.
7859 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
7860 so here's a silly made-up example:
7862 @smallexample
7863 (define_peephole2
7864   [(match_scratch:SI 4 "r")
7865    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
7866    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
7867    (match_dup 4)
7868    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
7869   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
7870   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
7871    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
7872    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
7873    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
7874   "")
7875 @end smallexample
7877 @noindent
7878 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
7879 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
7880 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
7882 @end ifset
7883 @ifset INTERNALS
7884 @node Insn Attributes
7885 @section Instruction Attributes
7886 @cindex insn attributes
7887 @cindex instruction attributes
7889 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
7890 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
7891 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
7892 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
7893 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
7894 to track the condition codes.
7896 @menu
7897 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
7898 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
7899 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
7900 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
7901 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
7902 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
7903 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
7904 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
7905 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
7906 @end menu
7908 @end ifset
7909 @ifset INTERNALS
7910 @node Defining Attributes
7911 @subsection Defining Attributes and their Values
7912 @cindex defining attributes and their values
7913 @cindex attributes, defining
7915 @findex define_attr
7916 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
7917 by the target machine.  It looks like:
7919 @smallexample
7920 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
7921 @end smallexample
7923 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
7924 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
7925 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
7926 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
7927 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
7928 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
7929 be used to automatically generate conditional variants of instruction
7930 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
7931 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
7932 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
7933 so they should not be used elsewhere as alternative names.
7935 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
7936 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
7937 indicate that the attribute takes numeric values.
7939 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
7940 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
7941 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
7942 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
7943 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
7945 @findex insn-attr.h
7946 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
7947 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
7948 specified for an attribute, the following are defined:
7950 @itemize @bullet
7951 @item
7952 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
7954 @item
7955 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
7956 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
7957 the attribute name and value are first converted to uppercase.
7959 @item
7960 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
7961 returns the attribute value for that insn.
7962 @end itemize
7964 For example, if the following is present in the @file{md} file:
7966 @smallexample
7967 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
7968 @end smallexample
7970 @noindent
7971 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
7973 @smallexample
7974 #define HAVE_ATTR_type 1
7975 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
7976                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
7977 extern enum attr_type get_attr_type ();
7978 @end smallexample
7980 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
7981 defined and the function to obtain the attribute's value will return
7982 @code{int}.
7984 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
7985 attributes are not free to use for other purposes:
7987 @table @code
7988 @item length
7989 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
7990 code chunks.  This is especially important when verifying branch
7991 distances. @xref{Insn Lengths}.
7993 @item enabled
7994 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
7995 alternatives of an insn definition from being used during code
7996 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
7998 @item mnemonic
7999 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
8000 specific checks in e.g. the pipeline description.
8001 @xref{Mnemonic Attribute}.
8002 @end table
8004 For each of these special attributes, the corresponding
8005 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
8006 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
8008 @findex define_enum_attr
8009 @anchor{define_enum_attr}
8010 Another way of defining an attribute is to use:
8012 @smallexample
8013 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
8014 @end smallexample
8016 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
8017 the list of values is taken from a separate enumeration called
8018 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
8019 the same list of values for several attributes without having to
8020 repeat the list each time.  For example:
8022 @smallexample
8023 (define_enum "processor" [
8024   model_a
8025   model_b
8026   @dots{}
8028 (define_enum_attr "arch" "processor"
8029   (const (symbol_ref "target_arch")))
8030 (define_enum_attr "tune" "processor"
8031   (const (symbol_ref "target_tune")))
8032 @end smallexample
8034 defines the same attributes as:
8036 @smallexample
8037 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
8038   (const (symbol_ref "target_arch")))
8039 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
8040   (const (symbol_ref "target_tune")))
8041 @end smallexample
8043 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
8044 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
8045 defines a single C enum (@code{processor}).
8046 @end ifset
8047 @ifset INTERNALS
8048 @node Expressions
8049 @subsection Attribute Expressions
8050 @cindex attribute expressions
8052 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
8053 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
8054 Attribute value expressions must have one of the following forms:
8056 @table @code
8057 @cindex @code{const_int} and attributes
8058 @item (const_int @var{i})
8059 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
8060 must be non-negative.
8062 The value of a numeric attribute can be specified either with a
8063 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
8064 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
8065 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8066 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8068 @cindex @code{const_string} and attributes
8069 @item (const_string @var{value})
8070 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8071 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8072 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8073 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8074 of a @code{define_attr}.
8076 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8077 must be a string containing a non-negative integer (normally
8078 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8079 contain one of the valid values for the attribute.
8081 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8082 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8083 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8084 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8085 otherwise it is @var{false-value}.
8087 @cindex @code{cond} and attributes
8088 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8089 The first operand of this expression is a vector containing an even
8090 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8091 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8092 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8093 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8094 expression is that of the @var{default} expression.
8095 @end table
8097 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8099 @table @code
8100 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8101 @item (const_int @var{i})
8102 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8104 @cindex @code{not} and attributes
8105 @cindex @code{ior} and attributes
8106 @cindex @code{and} and attributes
8107 @item (not @var{test})
8108 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8109 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8110 These tests are true if the indicated logical function is true.
8112 @cindex @code{match_operand} and attributes
8113 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8114 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8115 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8116 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8117 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8118 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8119 string).
8121 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8123 @cindex @code{match_test} and attributes
8124 @item (match_test @var{c-expr})
8125 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8126 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8128 @table @var
8129 @item insn
8130 The rtl instruction under test.
8131 @item which_alternative
8132 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8133 @xref{Output Statement}.
8134 @item operands
8135 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8136 @end table
8138 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8139 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8140 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8142 @smallexample
8143 (match_test "x & 2")
8144 (match_test "(x & 2) != 0")
8145 @end smallexample
8147 @cindex @code{le} and attributes
8148 @cindex @code{leu} and attributes
8149 @cindex @code{lt} and attributes
8150 @cindex @code{gt} and attributes
8151 @cindex @code{gtu} and attributes
8152 @cindex @code{ge} and attributes
8153 @cindex @code{geu} and attributes
8154 @cindex @code{ne} and attributes
8155 @cindex @code{eq} and attributes
8156 @cindex @code{plus} and attributes
8157 @cindex @code{minus} and attributes
8158 @cindex @code{mult} and attributes
8159 @cindex @code{div} and attributes
8160 @cindex @code{mod} and attributes
8161 @cindex @code{abs} and attributes
8162 @cindex @code{neg} and attributes
8163 @cindex @code{ashift} and attributes
8164 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8165 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8166 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8167 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8168 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8169 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8170 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8171 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8172 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8173 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8174 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8175 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8176 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8177 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8178 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8179 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8180 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8182 @findex get_attr
8183 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8184 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8185 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8186 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8187 variable.
8189 @findex eq_attr
8190 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8191 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8193 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8194 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8195 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8196 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8197 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8198 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8199 @emph{not} in the specified list.
8201 For example,
8203 @smallexample
8204 (eq_attr "type" "load,store")
8205 @end smallexample
8207 @noindent
8208 is equivalent to
8210 @smallexample
8211 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8212 @end smallexample
8214 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8215 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8216 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8217 example,
8219 @smallexample
8220 (eq_attr "alternative" "2,3")
8221 @end smallexample
8223 @noindent
8224 is equivalent to
8226 @smallexample
8227 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8228      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8229 @end smallexample
8231 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8232 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8233 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8235 @findex attr_flag
8236 @item (attr_flag @var{name})
8237 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8238 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8239 scheduled.
8241 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8242 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8243 direction of a conditional branch.
8245 This example describes a conditional branch delay slot which
8246 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8247 for backward branches which are not taken (annul-false).
8249 @smallexample
8250 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8251   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8252    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8253         (attr_flag "forward"))
8254    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8255         (attr_flag "backward"))])
8256 @end smallexample
8258 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8259 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8261 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8262 meaning to other passes of the compiler.
8264 @findex attr
8265 @item (attr @var{name})
8266 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8267 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8268 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8269 @end table
8271 @end ifset
8272 @ifset INTERNALS
8273 @node Tagging Insns
8274 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8275 @cindex tagging insns
8276 @cindex assigning attribute values to insns
8278 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8279 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8280 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8281 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8282 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8283 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8284 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8285 permits the specification of the values for only one or two attributes
8286 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8287 next section.
8289 The optional last argument of @code{define_insn} and
8290 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8291 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8292 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8293 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8294 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8295 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8297 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8298 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8299 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8300 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8301 each alternative.
8303 @findex set_attr
8304 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8305 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8306 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8307 of attribute values, one for each alternative.
8309 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8310 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8312 @table @code
8313 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8314 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8315 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8316 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8317 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8319 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8320 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8321 that alternative.
8323 @findex set_attr_alternative
8324 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8325 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8326 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8327 tests on the @samp{alternative} attribute.
8329 @findex attr
8330 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8331 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8332 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8333 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8334 @end table
8336 The following shows three different ways of representing the same
8337 attribute value specification:
8339 @smallexample
8340 (set_attr "type" "load,store,arith")
8342 (set_attr_alternative "type"
8343                       [(const_string "load") (const_string "store")
8344                        (const_string "arith")])
8346 (set (attr "type")
8347      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8348             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8349            (const_string "arith")))
8350 @end smallexample
8352 @need 1000
8353 @findex define_asm_attributes
8354 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8355 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8356 statement.  It has the form:
8358 @smallexample
8359 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8360 @end smallexample
8362 @noindent
8363 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8364 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8366 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8367 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8369 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8370 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8371 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8372 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8373 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8374 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8375 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8376 of a single machine instruction.
8378 @end ifset
8379 @ifset INTERNALS
8380 @node Attr Example
8381 @subsection Example of Attribute Specifications
8382 @cindex attribute specifications example
8383 @cindex attribute specifications
8385 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8386 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8387 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8388 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8389 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8391 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8392 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8393 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8394 operations, floating point operations, and branches.
8396 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8397 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8398 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8399 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8400 changed if the item previously set into the condition code has been
8401 modified.
8403 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8405 @smallexample
8406 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8408 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8409              (cond [(eq_attr "type" "load")
8410                         (const_string "change0")
8411                     (eq_attr "type" "store,branch")
8412                         (const_string "unchanged")
8413                     (eq_attr "type" "arith")
8414                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8415                                       (const_string "set")
8416                                       (const_string "clobber"))]
8417                    (const_string "clobber")))
8419 (define_insn ""
8420   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8421         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8422   ""
8423   "@@
8424    move %0,%1
8425    load %0,%1
8426    store %0,%1"
8427   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8428 @end smallexample
8430 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8431 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8432 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8433 full-word result.
8435 @end ifset
8436 @ifset INTERNALS
8437 @node Insn Lengths
8438 @subsection Computing the Length of an Insn
8439 @cindex insn lengths, computing
8440 @cindex computing the length of an insn
8442 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8443 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8444 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8445 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8446 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8447 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8449 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8450 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8452 @table @code
8453 @cindex @code{match_dup} and attributes
8454 @item (match_dup @var{n})
8455 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8456 must be a @code{label_ref}.
8458 @cindex @code{pc} and attributes
8459 @item (pc)
8460 For non-branch instructions and backward branch instructions, this refers
8461 to the address of the current insn.  But for forward branch instructions,
8462 this refers to the address of the next insn, because the length of the
8463 current insn is to be computed.
8464 @end table
8466 @cindex @code{addr_vec}, length of
8467 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8468 For normal insns, the length will be determined by value of the
8469 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8470 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8471 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8473 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8475 The following macros can be used to refine the length computation:
8477 @table @code
8478 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8479 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8480 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8481 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8482 that contains the initially computed length of the insn and should be
8483 updated with the correct length of the insn.
8485 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8486 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8487 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8488 may be required.
8489 @end table
8491 @findex get_attr_length
8492 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8493 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8494 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8495 example below illustrates.
8497 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8498 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8499 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8500 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8501 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8503 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8504 as follows:
8506 @smallexample
8507 (define_insn "jump"
8508   [(set (pc)
8509         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8510   ""
8512    return (get_attr_length (insn) == 4
8513            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8515   [(set (attr "length")
8516         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
8517                       (const_int 4)
8518                       (const_int 6)))])
8519 @end smallexample
8521 @end ifset
8522 @ifset INTERNALS
8523 @node Constant Attributes
8524 @subsection Constant Attributes
8525 @cindex constant attributes
8527 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
8528 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
8529 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
8530 used to specify which variety of processor is used.  For example,
8532 @smallexample
8533 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
8534  (const
8535   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
8536          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
8537         (const_string "m88000"))))
8539 (define_attr "memory" "fast,slow"
8540  (const
8541   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
8542                 (const_string "fast")
8543                 (const_string "slow"))))
8544 @end smallexample
8546 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
8547 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
8548 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
8549 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
8550 forms involving insn attributes.
8552 @end ifset
8553 @ifset INTERNALS
8554 @node Mnemonic Attribute
8555 @subsection Mnemonic Attribute
8556 @cindex mnemonic attribute
8558 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
8559 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
8560 will automatically be generated by the machine description parser if
8561 there is an attribute definition in the md file:
8563 @smallexample
8564 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
8565 @end smallexample
8567 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
8568 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
8569 whenever the machine description parser is not able to determine the
8570 mnemonic string.  This might be the case for output templates
8571 containing more than a single instruction as in
8572 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
8574 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
8575 instruction string is generated via C code.
8577 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
8578 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
8579 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
8580 parser fails to determine it automatically.
8582 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
8583 specific properties in the pipeline description without defining
8584 additional insn attributes.
8586 @smallexample
8587 (define_attr "ooo_expanded" ""
8588   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
8589          (const_int 1)]
8590         (const_int 0)))
8591 @end smallexample
8593 @end ifset
8594 @ifset INTERNALS
8595 @node Delay Slots
8596 @subsection Delay Slot Scheduling
8597 @cindex delay slots, defining
8599 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
8600 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
8601 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
8602 after the instruction are executed as if they were located before it.
8603 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
8604 the following instruction before the branch or call is performed.
8606 On some machines, conditional branch instructions can optionally
8607 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
8608 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
8609 instructions that annul if the branch is true and instructions that
8610 annul if the branch is false are supported.
8612 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
8613 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
8614 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
8615 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
8616 instruction scheduling.
8618 @findex define_delay
8619 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
8620 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
8622 @smallexample
8623 (define_delay @var{test}
8624               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
8625                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
8626                @dots{}])
8627 @end smallexample
8629 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
8630 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
8631 required delay slots is determined by the length of the vector specified
8632 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
8633 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
8634 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
8635 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
8636 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
8637 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
8639 For example, in the common case where branch and call insns require
8640 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
8641 call, the following would be placed in the @file{md} file:
8643 @smallexample
8644 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
8645               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8646 @end smallexample
8648 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
8649 case, each such expression specifies different delay slot requirements
8650 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
8651 expressions are both true.
8653 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
8654 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
8655 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
8656 branch is true, we might represent this as follows:
8658 @smallexample
8659 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
8660    [(eq_attr "type" "!branch,call")
8661     (eq_attr "type" "!branch,call")
8662     (nil)])
8664 (define_delay (eq_attr "type" "call")
8665               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
8666                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8667 @end smallexample
8668 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
8670 @end ifset
8671 @ifset INTERNALS
8672 @node Processor pipeline description
8673 @subsection Specifying processor pipeline description
8674 @cindex processor pipeline description
8675 @cindex processor functional units
8676 @cindex instruction latency time
8677 @cindex interlock delays
8678 @cindex data dependence delays
8679 @cindex reservation delays
8680 @cindex pipeline hazard recognizer
8681 @cindex automaton based pipeline description
8682 @cindex regular expressions
8683 @cindex deterministic finite state automaton
8684 @cindex automaton based scheduler
8685 @cindex RISC
8686 @cindex VLIW
8688 To achieve better performance, most modern processors
8689 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
8690 processors) have many @dfn{functional units} on which several
8691 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
8692 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
8693 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
8694 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
8695 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
8696 MIPS processors).
8698 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
8699 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
8700 latency time}.  The instruction execution is not started until all
8701 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
8702 complex cases when the instruction execution starts even when the data
8703 are not available but will be ready in given time after the
8704 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
8705 account is simple.  The data dependence (true, output, and
8706 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
8707 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
8708 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
8709 means that two instructions under execution will be in need of shared
8710 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
8711 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
8712 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
8713 processors.
8715 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
8716 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
8717 instruction scheduler has to have an adequate description of the
8718 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
8719 machine descriptions describe processor parallelism and functional
8720 unit reservations for groups of instructions with the aid of
8721 @dfn{regular expressions}.
8723 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
8724 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
8725 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
8726 automatically generated from the processor pipeline description.  The
8727 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
8728 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
8729 the instruction issue is possible if there is a transition from one
8730 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
8731 furthermore, its speed is not dependent on processor
8732 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
8733 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
8734 can split orthogonal parts of the machine description among several
8735 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
8736 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
8738 @cindex automaton based pipeline description
8739 The rest of this section describes the directives that constitute
8740 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
8741 these constructions within the machine description file is not
8742 important.
8744 @findex define_automaton
8745 @cindex pipeline hazard recognizer
8746 The following optional construction describes names of automata
8747 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
8748 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
8749 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
8750 units to the automata, the total size of the automata is usually
8751 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
8752 construction, only one finite state automaton is generated.
8754 @smallexample
8755 (define_automaton @var{automata-names})
8756 @end smallexample
8758 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
8759 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
8760 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
8761 @code{define_query_cpu_unit}.
8763 @findex define_cpu_unit
8764 @cindex processor functional units
8765 Each processor functional unit used in the description of instruction
8766 reservations should be described by the following construction.
8768 @smallexample
8769 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8770 @end smallexample
8772 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
8773 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
8774 for other goals.
8776 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8777 which the unit is bound.  The automaton should be described in
8778 construction @code{define_automaton}.  You should give
8779 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
8781 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
8782 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
8783 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
8784 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
8785 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
8786 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
8787 description of the subsequent constructions.
8789 @findex define_query_cpu_unit
8790 @cindex querying function unit reservations
8791 The following construction describes CPU functional units analogously
8792 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
8793 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
8794 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
8795 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
8796 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
8797 @acronym{VLIW} insn templates).
8799 @smallexample
8800 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8801 @end smallexample
8803 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
8804 separated by commas.
8806 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8807 which the unit is bound.
8809 @findex define_insn_reservation
8810 @cindex instruction latency time
8811 @cindex regular expressions
8812 @cindex data bypass
8813 The following construction is the major one to describe pipeline
8814 characteristics of an instruction.
8816 @smallexample
8817 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
8818                          @var{condition} @var{regexp})
8819 @end smallexample
8821 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
8822 instruction.  There is an important difference between the old
8823 description and the automaton based pipeline description.  The latency
8824 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
8825 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
8826 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
8827 zero and the cost of output dependencies is the difference between
8828 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
8829 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
8830 change the default costs for any description by using the target hook
8831 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
8833 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
8834 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
8835 the automaton description file generated for debugging.  The internal
8836 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
8837 good practice to use insn classes described in the processor manual.
8839 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
8840 construction.  You should remember that you will be in trouble if
8841 @var{condition} for two or more different
8842 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
8843 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
8844 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
8845 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
8846 the same value is quite difficult (especially if the conditions
8847 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
8848 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
8849 recognizer considerably.
8851 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
8852 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
8853 expression according to the following syntax:
8855 @smallexample
8856        regexp = regexp "," oneof
8857               | oneof
8859        oneof = oneof "|" allof
8860              | allof
8862        allof = allof "+" repeat
8863              | repeat
8865        repeat = element "*" number
8866               | element
8868        element = cpu_function_unit_name
8869                | reservation_name
8870                | result_name
8871                | "nothing"
8872                | "(" regexp ")"
8873 @end smallexample
8875 @itemize @bullet
8876 @item
8877 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
8878 the reservation.
8880 @item
8881 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
8882 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
8883 regular expression @strong{or} etc.
8885 @item
8886 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
8887 regular expression @strong{and} a reservation described by the
8888 second regular expression @strong{and} etc.
8890 @item
8891 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
8892 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
8893 advancing (see @samp{,}).
8895 @item
8896 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
8897 functional unit.
8899 @item
8900 @samp{reservation_name} --- see description of construction
8901 @samp{define_reservation}.
8903 @item
8904 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
8905 @end itemize
8907 @findex define_reservation
8908 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
8909 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
8910 the common part by the following construction
8912 @smallexample
8913 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
8914 @end smallexample
8916 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
8917 Functional unit names and reservation names are in the same name
8918 space.  So the reservation names should be different from the
8919 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
8921 @findex define_bypass
8922 @cindex instruction latency time
8923 @cindex data bypass
8924 The following construction is used to describe exceptions in the
8925 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
8927 @smallexample
8928 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
8929                [@var{guard}])
8930 @end smallexample
8932 @var{number} defines when the result generated by the instructions
8933 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
8934 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
8935 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
8936 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
8937 For example:
8938 @smallexample
8939 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
8940 @end smallexample
8941 defines a bypass between instructions that start with
8942 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
8943 @samp{cpu1_load_}.
8945 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
8946 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
8947 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
8948 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
8949 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
8950 of insn @samp{store} (not a stored value).
8952 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
8953 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
8954 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
8955 bypass without the guard function is chosen.
8957 @findex exclusion_set
8958 @findex presence_set
8959 @findex final_presence_set
8960 @findex absence_set
8961 @findex final_absence_set
8962 @cindex VLIW
8963 @cindex RISC
8964 The following five constructions are usually used to describe
8965 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
8966 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
8967 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
8969 @smallexample
8970 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
8971 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8972 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8973 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8974 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8975 @end smallexample
8977 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
8978 separated by commas.
8980 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
8981 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
8982 separated by white-spaces.
8984 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
8985 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
8986 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
8987 example, the construction is useful for describing processors
8988 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
8989 functional unit which can execute simultaneously only single floating
8990 point insns or only double floating point insns.
8992 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
8993 functional unit in the first string can not be reserved unless at
8994 least one of pattern of units whose names are in the second string is
8995 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
8996 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
8997 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
8998 construction
9000 @smallexample
9001 (presence_set "slot1" "slot0")
9002 @end smallexample
9004 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9005 reservation.  In this case we could write
9007 @smallexample
9008 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
9009 @end smallexample
9011 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
9012 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
9013 done.  When an instruction is issued in given automaton state
9014 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
9015 state is changed.  The first state is a source state, the second one
9016 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
9017 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
9018 done on the result reservation.  This construction is useful to
9019 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
9020 For example, if we use
9022 @smallexample
9023 (presence_set "slot1" "slot0")
9024 @end smallexample
9026 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
9027 @samp{slot0} which is absent in the source state).
9029 @smallexample
9030 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
9031 @end smallexample
9033 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
9035 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
9036 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
9037 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
9038 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
9039 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
9040 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
9041 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
9042 can be described as:
9044 @smallexample
9045 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
9046 @end smallexample
9048 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9049 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
9050 this case we could write
9052 @smallexample
9053 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
9054 @end smallexample
9056 All functional units mentioned in a set should belong to the same
9057 automaton.
9059 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
9060 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
9061 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
9063 @findex automata_option
9064 @cindex deterministic finite state automaton
9065 @cindex nondeterministic finite state automaton
9066 @cindex finite state automaton minimization
9067 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9068 the following construction.
9070 @smallexample
9071 (automata_option @var{options})
9072 @end smallexample
9074 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9075 code.  Currently there are the following options:
9077 @itemize @bullet
9078 @item
9079 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9080 only worth to do when we are debugging the description and need to
9081 look more accurately at reservations of states.
9083 @item
9084 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9085 automata.
9087 @item
9088 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9089 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9091 @item
9092 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9093 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9094 verification and debugging.
9096 @item
9097 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9098 non-critical errors.
9100 @item
9101 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9102 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9103 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9104 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9105 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9107 @item
9108 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9109 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9110 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9111 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9112 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9113 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9115 @item
9116 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behaviour of the generator when
9117 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9118 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9119 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9120 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9121 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9122 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9123 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9125 @item
9126 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9127 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9128 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9129 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9130 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9131 huge automaton.
9132 @end itemize
9134 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9135 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9136 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9137 the following functional units.
9139 @smallexample
9140 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9141 (define_cpu_unit "port0, port1")
9142 @end smallexample
9144 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9145 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9146 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9147 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9148 multiplication insns can be executed only in the second integer
9149 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
9150 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9151 integer division insn can not be issued until the current division
9152 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9153 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9154 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9155 incurred.  To describe all of this we could specify
9157 @smallexample
9158 (define_cpu_unit "div")
9160 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9161                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9163 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9164                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9166 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
9167                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9169 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9170                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9172 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9173 @end smallexample
9175 To simplify the description we could describe the following reservation
9177 @smallexample
9178 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9179 @end smallexample
9181 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9182 construction
9184 @smallexample
9185 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9186                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9187 @end smallexample
9190 @end ifset
9191 @ifset INTERNALS
9192 @node Conditional Execution
9193 @section Conditional Execution
9194 @cindex conditional execution
9195 @cindex predication
9197 A number of architectures provide for some form of conditional
9198 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9199 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9200 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9201 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9202 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9204 @findex define_cond_exec
9205 @smallexample
9206 (define_cond_exec
9207   [@var{predicate-pattern}]
9208   "@var{condition}"
9209   "@var{output-template}"
9210   "@var{optional-insn-attribues}")
9211 @end smallexample
9213 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9214 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9215 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9216 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9217 alternative.
9219 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9220 pattern to match.
9222 @findex current_insn_predicate
9223 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9224 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9225 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9226 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9227 In order to handle the general case, there is a global variable
9228 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9229 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9231 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9232 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9233 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9234 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9235 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9236 certain conditions.
9238 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9239 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9240 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9241 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9242 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9243 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9244 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9245 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9246 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9247 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9249 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9250 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9251 generated that matches a predicated version of the instruction.
9252 For example,
9254 @smallexample
9255 (define_insn "addsi"
9256   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9257         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9258                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9259   "@var{test1}"
9260   "add %2,%1,%0")
9262 (define_cond_exec
9263   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9264        (const_int 0))]
9265   "@var{test2}"
9266   "(%0)")
9267 @end smallexample
9269 @noindent
9270 generates a new pattern
9272 @smallexample
9273 (define_insn ""
9274   [(cond_exec
9275      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9276      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9277           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9278                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9279   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9280   "(%3) add %2,%1,%0")
9281 @end smallexample
9283 @end ifset
9284 @ifset INTERNALS
9285 @node Define Subst
9286 @section RTL Templates Transformations
9287 @cindex define_subst
9289 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9290 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9291 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9292 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9293 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9294 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9295 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9296 case based on the initial one:
9298 @findex define_subst
9299 @smallexample
9300 (define_subst "@var{name}"
9301   [@var{input-template}]
9302   "@var{condition}"
9303   [@var{output-template}])
9304 @end smallexample
9305 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9306 which will be transformed.
9308 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9309 from the input-template to generate a condition to be used in the
9310 output-template.
9312 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9313 template.
9315 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9316 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9317 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9318 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9319 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9320 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9321 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9322 case when the source RTL template is not matched against the
9323 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9324 deleted.
9326 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9327 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9328 @code{define_insn_and_split}).
9330 @menu
9331 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9332 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9333 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9334 @end menu
9336 @node Define Subst Example
9337 @subsection @code{define_subst} Example
9338 @cindex define_subst
9340 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9341 template transformation.
9343 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9344 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9345 generated with the following @code{define_subst}:
9347 @smallexample
9348 (define_subst "add_clobber_subst"
9349   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9350         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9351   ""
9352   [(set (match_dup 0)
9353         (match_dup 1))
9354    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9355 @end smallexample
9357 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9358 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9359 applied.
9361 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9362 in @code{define_subst} mentioned above:
9364 @smallexample
9365 (define_insn "maxsi"
9366   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9367         (max:SI
9368           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9369           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9370   ""
9371   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9372  [@dots{}])
9373 @end smallexample
9375 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9376 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9378 @smallexample
9379 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9380 @end smallexample
9382 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9383 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9384 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9385 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9386 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9387 value that would be substituted into the second, transformed,
9388 version of the RTL template.
9390 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9391 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9392 the original RTL template should be changed:
9394 @smallexample
9395 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9396   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9397         (max:SI
9398           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9399           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9400   ""
9401   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9402  [@dots{}])
9403 @end smallexample
9405 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9407 @smallexample
9408 (define_insn "maxsi_noclobber"
9409   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9410         (max:SI
9411           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9412           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9413   ""
9414   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9415  [@dots{}])
9416 (define_insn "maxsi_clobber"
9417   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9418         (max:SI
9419           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9420           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9421    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9422   ""
9423   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9424  [@dots{}])
9425 @end smallexample
9427 @node Define Subst Pattern Matching
9428 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9429 @cindex define_subst
9431 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9432 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9433 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9434 meanings of expressions in the input-template were changed:
9436 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9437 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9438 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9439 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9440 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9441 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9442 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9443 of accepted RTL-templates.
9445 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9446 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9447 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9448 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9449 operands as the operator from the original pattern.
9451 @node Define Subst Output Template
9452 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9453 @cindex define_subst
9455 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9456 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9457 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9458 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9459 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9460 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9461 the input pattern.
9463 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9464 the expression from the original pattern, which matched
9465 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9466 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9467 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9468 from the input pattern.
9470 In the output template one can refer to the expressions from the
9471 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9472 be added by means of standard @code{match_operand}.
9474 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9475 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9476 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9477 indexes would be used in the expression which would replace
9478 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9479 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9480 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9481 @code{match_dup}s are replaced.
9483 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9484 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9485 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9486 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9487 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9488 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9489 @end ifset
9491 @ifset INTERNALS
9492 @node Constant Definitions
9493 @section Constant Definitions
9494 @cindex constant definitions
9495 @findex define_constants
9497 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9498 can be a maintenance problem.
9500 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9501 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9502 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9503 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9504 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9505 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9506 a different value.
9508 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9510 @smallexample
9511 (define_insn ""
9512   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9513      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9514            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9515       (use (reg:SI 179))
9516       (clobber (reg:SI 179))])]
9517   ""
9518   "loadm 0,0,%1,%2")
9519 @end smallexample
9521 You could write:
9523 @smallexample
9524 (define_constants [
9525     (R_BP 177)
9526     (R_FC 178)
9527     (R_CR 179)
9528     (R_Q  180)
9531 (define_insn ""
9532   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9533      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9534            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9535       (use (reg:SI R_CR))
9536       (clobber (reg:SI R_CR))])]
9537   ""
9538   "loadm 0,0,%1,%2")
9539 @end smallexample
9541 The constants that are defined with a define_constant are also output
9542 in the insn-codes.h header file as #defines.
9544 @cindex enumerations
9545 @findex define_c_enum
9546 You can also use the machine description file to define enumerations.
9547 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
9548 are visible to both the machine description file and the main C code.
9550 The syntax is as follows:
9552 @smallexample
9553 (define_c_enum "@var{name}" [
9554   @var{value0}
9555   @var{value1}
9556   @dots{}
9557   @var{valuen}
9559 @end smallexample
9561 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
9562 in @file{insn-constants.h}:
9564 @smallexample
9565 enum @var{name} @{
9566   @var{value0} = 0,
9567   @var{value1} = 1,
9568   @dots{}
9569   @var{valuen} = @var{n}
9571 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
9572 @end smallexample
9574 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
9575 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
9576 file, just as if it had been declared with:
9578 @smallexample
9579 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
9580 @end smallexample
9582 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
9583 begins with @var{cname}.
9585 You can split the enumeration definition into as many statements as
9586 you like.  The above example is directly equivalent to:
9588 @smallexample
9589 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
9590 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
9591 @dots{}
9592 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
9593 @end smallexample
9595 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
9596 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
9597 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
9598 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
9599 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
9601 Some enumeration names have special significance to GCC:
9603 @table @code
9604 @item unspecv
9605 @findex unspec_volatile
9606 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
9607 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
9609 @smallexample
9610 (define_c_enum "unspecv" [
9611   UNSPECV_BLOCKAGE
9613 @end smallexample
9615 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
9617 @smallexample
9618 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
9619 @end smallexample
9621 @item unspec
9622 @findex unspec
9623 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
9624 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
9625 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
9626 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
9627 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
9628 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
9629 for both.
9630 @end table
9632 @findex define_enum
9633 @anchor{define_enum}
9634 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
9636 @smallexample
9637 (define_enum "@var{name}" [
9638   @var{value0}
9639   @var{value1}
9640   @dots{}
9641   @var{valuen}
9643 @end smallexample
9645 This directive implies:
9647 @smallexample
9648 (define_c_enum "@var{name}" [
9649   @var{cname}_@var{cvalue0}
9650   @var{cname}_@var{cvalue1}
9651   @dots{}
9652   @var{cname}_@var{cvaluen}
9654 @end smallexample
9656 @findex define_enum_attr
9657 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
9658 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
9659 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
9660 (@pxref{define_enum_attr}).
9661 @end ifset
9662 @ifset INTERNALS
9663 @node Iterators
9664 @section Iterators
9665 @cindex iterators in @file{.md} files
9667 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
9668 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
9669 facilities to make this process easier.
9671 @menu
9672 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
9673 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
9674 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
9675 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
9676 @end menu
9678 @node Mode Iterators
9679 @subsection Mode Iterators
9680 @cindex mode iterators in @file{.md} files
9682 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
9683 For example:
9685 @itemize @bullet
9686 @item
9687 If a processor has hardware support for both single and double
9688 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
9689 very similar to the @code{DFmode} ones.
9691 @item
9692 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
9693 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
9694 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
9695 @end itemize
9697 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
9698 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
9699 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
9700 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
9702 @menu
9703 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
9704 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
9705 * Examples::                Examples
9706 @end menu
9708 @node Defining Mode Iterators
9709 @subsubsection Defining Mode Iterators
9710 @findex define_mode_iterator
9712 The syntax for defining a mode iterator is:
9714 @smallexample
9715 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
9716 @end smallexample
9718 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
9719 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
9720 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
9721 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
9722 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
9723 C condition will also require that @var{condi} be true.
9725 For example:
9727 @smallexample
9728 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9729 @end smallexample
9731 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
9732 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
9733 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
9734 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
9735 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
9737 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
9738 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
9739 to @code{@var{mode}}.  For example:
9741 @smallexample
9742 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9743 @end smallexample
9745 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
9746 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
9748 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
9749 significant if two iterators are used in a construct that requires
9750 substitutions.  @xref{Substitutions}.
9752 @node Substitutions
9753 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
9754 @findex define_mode_attr
9756 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
9757 construct will often need slightly different strings or modes.  For
9758 example:
9760 @itemize @bullet
9761 @item
9762 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
9763 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
9764 appropriate mode name for @var{m}.
9766 @item
9767 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
9768 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
9770 @item
9771 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
9772 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
9773 mode for the other operand(s).
9774 @end itemize
9776 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
9777 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
9778 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
9779 upper case.  You can define other attributes using:
9781 @smallexample
9782 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
9783 @end smallexample
9785 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
9786 is the value associated with @var{modei}.
9788 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
9789 each string and mode in the pattern for sequences of the form
9790 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
9791 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
9792 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
9793 value.
9795 For example, suppose an @file{.md} file has:
9797 @smallexample
9798 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9799 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
9800 @end smallexample
9802 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
9803 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
9804 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
9805 @code{"ld\t%0,%1"}.
9807 Here is an example of using an attribute for a mode:
9809 @smallexample
9810 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
9811 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
9812 (define_insn @dots{}
9813   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
9814 @end smallexample
9816 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
9817 substitution will be attempted for every iterator expansion.
9819 @node Examples
9820 @subsubsection Mode Iterator Examples
9822 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
9823 modes and attributes (among others):
9825 @smallexample
9826 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9827 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
9828 @end smallexample
9830 and uses the following template to define both @code{subsi3}
9831 and @code{subdi3}:
9833 @smallexample
9834 (define_insn "sub<mode>3"
9835   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
9836         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
9837                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
9838   ""
9839   "<d>subu\t%0,%1,%2"
9840   [(set_attr "type" "arith")
9841    (set_attr "mode" "<MODE>")])
9842 @end smallexample
9844 This is exactly equivalent to:
9846 @smallexample
9847 (define_insn "subsi3"
9848   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
9849         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
9850                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
9851   ""
9852   "subu\t%0,%1,%2"
9853   [(set_attr "type" "arith")
9854    (set_attr "mode" "SI")])
9856 (define_insn "subdi3"
9857   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
9858         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
9859                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
9860   ""
9861   "dsubu\t%0,%1,%2"
9862   [(set_attr "type" "arith")
9863    (set_attr "mode" "DI")])
9864 @end smallexample
9866 @node Code Iterators
9867 @subsection Code Iterators
9868 @cindex code iterators in @file{.md} files
9869 @findex define_code_iterator
9870 @findex define_code_attr
9872 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
9874 The construct:
9876 @smallexample
9877 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
9878 @end smallexample
9880 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
9881 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
9882 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
9884 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9885 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9886 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
9887 @xref{Defining Mode Iterators}.
9889 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
9890 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
9891 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
9892 Other attributes are defined using:
9894 @smallexample
9895 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
9896 @end smallexample
9898 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
9900 @smallexample
9901 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
9902                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
9904 (define_expand "b<code>"
9905   [(set (pc)
9906         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
9907                                    (const_int 0))
9908                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9909                       (pc)))]
9910   ""
9912   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
9913   DONE;
9915 @end smallexample
9917 This is equivalent to:
9919 @smallexample
9920 (define_expand "bunordered"
9921   [(set (pc)
9922         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
9923                                     (const_int 0))
9924                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9925                       (pc)))]
9926   ""
9928   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
9929   DONE;
9932 (define_expand "bordered"
9933   [(set (pc)
9934         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
9935                                   (const_int 0))
9936                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9937                       (pc)))]
9938   ""
9940   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
9941   DONE;
9944 @dots{}
9945 @end smallexample
9947 @node Int Iterators
9948 @subsection Int Iterators
9949 @cindex int iterators in @file{.md} files
9950 @findex define_int_iterator
9951 @findex define_int_attr
9953 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
9955 The construct:
9957 @smallexample
9958 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
9959 @end smallexample
9961 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
9962 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
9963 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
9964 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
9965 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
9966 define_c_enum.
9968 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9969 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9970 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
9971 @xref{Defining Mode Iterators}.
9973 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
9974 Attributes are defined using:
9976 @smallexample
9977 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
9978 @end smallexample
9980 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
9982 @smallexample
9983 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
9985 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
9987 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
9988   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9989         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9990                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9991                       QABSNEG))]
9992   "TARGET_NEON"
9993   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9994   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9997 @end smallexample
9999 This is equivalent to:
10001 @smallexample
10002 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
10003   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10004         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10005                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10006                       UNSPEC_VQABS))]
10007   "TARGET_NEON"
10008   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10009   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10012 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
10013   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10014         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10015                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10016                       UNSPEC_VQNEG))]
10017   "TARGET_NEON"
10018   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10019   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10022 @end smallexample
10024 @node Subst Iterators
10025 @subsection Subst Iterators
10026 @cindex subst iterators in @file{.md} files
10027 @findex define_subst
10028 @findex define_subst_attr
10030 Subst iterators are special type of iterators with the following
10031 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
10032 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
10033 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
10034 used in RTL-pattern.
10036 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
10037 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
10038 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
10039 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
10040 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
10041 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
10042 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
10044 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
10045 implicitly by the first appearance of the corresponding
10046 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
10048 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
10050 @findex define_subst_attr
10051 @smallexample
10052 (define_subst_attr "@var{name}"
10053   "@var{subst-name}"
10054   "@var{no-subst-value}"
10055   "@var{subst-applied-value}")
10056 @end smallexample
10058 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
10059 referred to.
10061 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
10062 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
10063 RTL-template.
10065 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10066 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10068 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10069 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10071 @end ifset