Turn FUNCTION_ARG_PADDING into a target hook
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob14aab9474bc214d2e07a4a7ba74abfabb65e7cbe
1 @c Copyright (C) 1988-2017 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                         from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                         the assembler code.
30 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
31                         for an insn.
32 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
33 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
34 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
35 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
36 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
37 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
38 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
39 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
40                         for a standard operation.
41 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
42 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
43 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
44 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
45 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
46                          predication.
47 * Define Subst::        Generating @code{define_insn} and @code{define_expand}
48                         patterns from other patterns.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 A @code{define_insn} expression is used to define instruction patterns
109 to which insns may be matched.  A @code{define_insn} expression contains
110 an incomplete RTL expression, with pieces to be filled in later, operand
111 constraints that restrict how the pieces can be filled in, and an output
112 template or C code to generate the assembler output.
114 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
116 @enumerate
117 @item
118 An optional name.  The presence of a name indicates that this instruction
119 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
120 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
121 the instruction patterns with those names, if the names are defined
122 in the machine description.
124 The absence of a name is indicated by writing an empty string
125 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
126 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
127 to be combined later on.
129 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
130 effect; they are equivalent to no name at all.
132 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
133 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
134 for identifying the instruction in RTL dumps; it is equivalent to having
135 a nameless pattern for all other purposes.  Names beginning with the
136 @samp{*} character are not required to be unique.
138 @item
139 The @dfn{RTL template}: This is a vector of incomplete RTL expressions
140 which describe the semantics of the instruction (@pxref{RTL Template}).
141 It is incomplete because it may contain @code{match_operand},
142 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
143 operands of the instruction.
145 If the vector has multiple elements, the RTL template is treated as a
146 @code{parallel} expression.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 The condition: This is a string which contains a C expression.  When the
152 compiler attempts to match RTL against a pattern, the condition is
153 evaluated.  If the condition evaluates to @code{true}, the match is
154 permitted.  The condition may be an empty string, which is treated
155 as always @code{true}.
157 @cindex named patterns and conditions
158 For a named pattern, the condition may not depend on the data in the
159 insn being matched, but only the target-machine-type flags.  The compiler
160 needs to test these conditions during initialization in order to learn
161 exactly which named instructions are available in a particular run.
163 @findex operands
164 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
165 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
166 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
167 @code{operands}.
169 An instruction condition cannot become more restrictive as compilation
170 progresses.  If the condition accepts a particular RTL instruction at
171 one stage of compilation, it must continue to accept that instruction
172 until the final pass.  For example, @samp{!reload_completed} and
173 @samp{can_create_pseudo_p ()} are both invalid instruction conditions,
174 because they are true during the earlier RTL passes and false during
175 the later ones.  For the same reason, if a condition accepts an
176 instruction before register allocation, it cannot later try to control
177 register allocation by excluding certain register or value combinations.
179 Although a condition cannot become more restrictive as compilation
180 progresses, the condition for a nameless pattern @emph{can} become
181 more permissive.  For example, a nameless instruction can require
182 @samp{reload_completed} to be true, in which case it only matches
183 after register allocation.
185 @item
186 The @dfn{output template} or @dfn{output statement}: This is either
187 a string, or a fragment of C code which returns a string.
189 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
190 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
192 @item
193 The @dfn{insn attributes}: This is an optional vector containing the values of
194 attributes for insns matching this pattern (@pxref{Insn Attributes}).
195 @end enumerate
197 @node Example
198 @section Example of @code{define_insn}
199 @cindex @code{define_insn} example
201 Here is an example of an instruction pattern, taken from the machine
202 description for the 68000/68020.
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209   "*
211   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
212     return \"tstl %0\";
213   return \"cmpl #0,%0\";
214 @}")
215 @end smallexample
217 @noindent
218 This can also be written using braced strings:
220 @smallexample
221 (define_insn "tstsi"
222   [(set (cc0)
223         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
224   ""
226   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
227     return "tstl %0";
228   return "cmpl #0,%0";
230 @end smallexample
232 This describes an instruction which sets the condition codes based on the
233 value of a general operand.  It has no condition, so any insn with an RTL
234 description of the form shown may be matched to this pattern.  The name
235 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL
236 generation pass that, when it is necessary to test such a value, an insn
237 to do so can be constructed using this pattern.
239 The output control string is a piece of C code which chooses which
240 output template to return based on the kind of operand and the specific
241 type of CPU for which code is being generated.
243 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
245 @node RTL Template
246 @section RTL Template
247 @cindex RTL insn template
248 @cindex generating insns
249 @cindex insns, generating
250 @cindex recognizing insns
251 @cindex insns, recognizing
253 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
254 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
255 says how to construct an insn from specified operands.
257 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
258 template.  Matching involves determining the values that serve as the
259 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
260 controlled by special expression types that direct matching and
261 substitution of the operands.
263 @table @code
264 @findex match_operand
265 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
266 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
267 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
268 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
269 appears at this position in the insn will be taken as operand
270 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
271 pattern will not match at all.
273 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
274 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
275 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
276 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
277 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
278 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
279 other operand numbers.
281 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
282 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
283 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
284 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
285 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
286 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
287 returns zero, this instruction pattern fails to match.
288 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
289 done on the operand, so anything which occurs in this position is
290 valid.
292 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
293 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
294 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
295 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
296 @code{VOIDmode}.
298 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
299 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
300 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
302 People are often unclear on the difference between the constraint and the
303 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
304 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
305 controls various decisions in the case of an insn which does match.
307 @findex match_scratch
308 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
309 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
310 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
311 expression.
313 When matching patterns, this is equivalent to
315 @smallexample
316 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{constraint})
317 @end smallexample
319 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
320 expression.
322 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
323 expressions whose operands are either a hard register or
324 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
325 necessary.  @xref{Side Effects}.
327 @findex match_dup
328 @item (match_dup @var{n})
329 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
330 It is used when the operand needs to appear more than once in the
331 insn.
333 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
334 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
335 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
336 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
337 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
338 identical-looking expression.
340 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
341 a particular register is being used for two operands (example:
342 @code{add} that adds one register to another; the second register is
343 both an input operand and the output operand).  Use a matching
344 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
345 operand is used in two places in the template, such as an instruction
346 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
347 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
348 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
350 @findex match_operator
351 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
352 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
353 code.
355 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
356 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
357 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
359 When matching an expression, it matches an expression if the function
360 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
361 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
363 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
364 follows, to match any expression whose operator is one of the
365 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
367 @smallexample
369 commutative_integer_operator (x, mode)
370      rtx x;
371      machine_mode mode;
373   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
374   if (GET_MODE (x) != mode)
375     return 0;
376   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
377           || code == EQ || code == NE);
379 @end smallexample
381 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
382 of a commutative operator applied to two general operands:
384 @smallexample
385 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
386   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
387    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
388 @end smallexample
390 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
391 because the expressions to be matched all contain two operands.
393 When this pattern does match, the two operands of the commutative
394 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
395 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
396 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
397 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
399 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
400 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
401 predicate function, and that function is solely responsible for
402 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
404 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
405 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
406 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
407 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
408 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
409 only its expression code matters.
411 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
412 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
413 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
414 register allocation because the register allocator often looks at
415 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
417 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
418 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
419 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
420 However, if parts of its @var{operands} are matched by
421 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
422 their own.
424 @findex match_op_dup
425 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
426 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
427 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
428 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
429 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
430 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
431 recognition template, and it matches only an identical-looking
432 expression.
434 @findex match_parallel
435 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
436 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
437 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
438 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
440 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
441 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
442 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
443 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
444 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
445 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
446 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
447 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
448 those listed in the @code{match_parallel}.
450 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
451 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
452 in a @code{parallel}.  For example,
454 @smallexample
455 (define_insn ""
456   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
457      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
458            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
459       (use (reg:SI 179))
460       (clobber (reg:SI 179))])]
461   ""
462   "loadm 0,0,%1,%2")
463 @end smallexample
465 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
466 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
467 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
468 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
469 registers and memory locations.
471 An insn that matches this pattern might look like:
473 @smallexample
474 (parallel
475  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
476   (use (reg:SI 179))
477   (clobber (reg:SI 179))
478   (set (reg:SI 21)
479        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
480                         (const_int 4))))
481   (set (reg:SI 22)
482        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
483                         (const_int 8))))])
484 @end smallexample
486 @findex match_par_dup
487 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
488 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
489 @code{match_operator}.
491 @end table
493 @node Output Template
494 @section Output Templates and Operand Substitution
495 @cindex output templates
496 @cindex operand substitution
498 @cindex @samp{%} in template
499 @cindex percent sign
500 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
501 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
502 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
503 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
504 identify places where different variants of the assembler require
505 different syntax.
507 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
508 operand @var{n} at that point in the string.
510 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
511 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
512 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
513 additional letters with nonstandard meanings.
515 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
516 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
517 operand.
519 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
520 the constant is negated before printing.
522 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
523 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
524 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
525 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
526 as if it were a memory reference.
528 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
529 instruction.
531 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
532 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
533 referred to more than once in a single template that generates multiple
534 assembler instructions.
536 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
537 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
538 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
539 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
540 which punctuation characters are valid with the
541 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
543 @cindex \
544 @cindex backslash
545 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
546 for the instructions, with @samp{\;} between them.
548 @cindex matching operands
549 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
550 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
551 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
552 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
553 operand.
555 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
556 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
557 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
558 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
559 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
560 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
561 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
562 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
563 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
564 it to do nothing.
566 @cindex @code{#} in template
567 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
568 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
569 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
570 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
571 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
572 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
573 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
574 instructions.
576 Note that @code{#} only has an effect while generating assembly code;
577 it does not affect whether a split occurs earlier.  An associated
578 @code{define_split} must exist and it must be suitable for use after
579 register allocation.
581 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
582 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
583 describe multiple variants of assembler language syntax.
584 @xref{Instruction Output}.
586 @node Output Statement
587 @section C Statements for Assembler Output
588 @cindex output statements
589 @cindex C statements for assembler output
590 @cindex generating assembler output
592 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
593 assembler code for all the cases that are recognized by a single
594 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
595 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
596 machine instructions.
598 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
599 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
600 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
601 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
602 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
603 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
604 might write this pattern:
606 @smallexample
607 (define_insn "addsi3"
608   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
609         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
610                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
611   ""
612   "@@
613    addr %2,%0
614    addm %2,%0")
615 @end smallexample
617 @cindex @code{*} in template
618 @cindex asterisk in template
619 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
620 output template but rather a piece of C program that should compute a
621 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
622 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
623 require doublequote characters to delimit them.  To include these
624 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
626 If the output control string is written as a brace block instead of a
627 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
628 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
629 doublequotes surrounding C string literals.
631 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
632 is @code{rtx []}.
634 It is very common to select different ways of generating assembler code
635 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
636 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
637 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
638 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
639 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
640 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
641 values of those bits.
643 @findex output_asm_insn
644 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
645 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
646 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
647 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
648 that you declare locally and initialize yourself.
650 @findex which_alternative
651 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
652 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
653 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
654 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
655 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
656 etc.).
658 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
659 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
660 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
662 @smallexample
663 (define_insn ""
664   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
665         (const_int 0))]
666   ""
667   @{
668   return (which_alternative == 0
669           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
670   @})
671 @end smallexample
673 The example above, where the assembler code to generate was
674 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
675 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
677 @smallexample
678 @group
679 (define_insn ""
680   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
681         (const_int 0))]
682   ""
683   "@@
684    clrreg %0
685    clrmem %0")
686 @end group
687 @end smallexample
689 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
690 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
701    clrmem %0")
702 @end group
703 @end smallexample
705 @node Predicates
706 @section Predicates
707 @cindex predicates
708 @cindex operand predicates
709 @cindex operator predicates
711 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
712 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
713 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
714 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
715 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
716 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
717 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
718 that end in @samp{_operator}.
720 All predicates are boolean functions (in the mathematical sense) of
721 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
722 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
723 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
724 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
725 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
726 functions; this can be useful in output templates or other
727 machine-specific code.
729 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
730 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
731 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
732 better code if the predicates specify the requirements of the machine
733 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
734 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
735 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
736 in the extra condition.
738 @cindex predicates and machine modes
739 @cindex normal predicates
740 @cindex special predicates
741 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
742 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
743 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
744 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
745 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
746 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
747 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
748 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
749 constant will fit in the requested mode.
751 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
752 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
753 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
754 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
755 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
756 without specifying a mode.
758 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
759 are called @dfn{special}.  The generic predicates
760 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
761 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
762 diagnosis when special predicates are used.
764 @menu
765 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
766 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
767                                     functions.
768 @end menu
770 @node Machine-Independent Predicates
771 @subsection Machine-Independent Predicates
772 @cindex machine-independent predicates
773 @cindex generic predicates
775 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
776 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
777 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
779 @defun immediate_operand
780 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
781 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
782 must be constant.
783 @end defun
785 @defun const_int_operand
786 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
787 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
788 does not allow a symbol or label.
789 @end defun
791 @defun const_double_operand
792 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
793 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
794 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
795 constants.
796 @end defun
798 @noindent
799 The second category of predicates allow only some kind of machine
800 register.
802 @defun register_operand
803 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
804 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
805 instruction operands on a RISC machine.
806 @end defun
808 @defun pmode_register_operand
809 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
810 a limitation in the machine-description reader.
812 @smallexample
813 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
814 @end smallexample
816 @noindent
817 means exactly what
819 @smallexample
820 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
821 @end smallexample
823 @noindent
824 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
825 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
826 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
827 options.  @xref{Misc}.
828 @end defun
830 @defun scratch_operand
831 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
832 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
833 it should not be used directly.
834 @end defun
836 @noindent
837 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
839 @defun memory_operand
840 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
841 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
842 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
843 @end defun
845 @defun address_operand
846 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
847 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
848 @var{mode}, again determined by the weak form of
849 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
850 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
851 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
852 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
853 the mode @var{mode}.
854 @end defun
856 @defun indirect_operand
857 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
858 memory references with a @code{general_operand} as the address
859 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
860 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
861 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
862 different requirements for memory operands for different instructions,
863 it is better to define target-specific predicates which enforce the
864 hardware's requirements explicitly.
865 @end defun
867 @defun push_operand
868 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
869 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
870 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
871 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
872 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
873 @end defun
875 @defun pop_operand
876 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
877 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
878 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
879 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
880 @end defun
882 @noindent
883 The fourth category of predicates allow some combination of the above
884 operands.
886 @defun nonmemory_operand
887 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
888 @end defun
890 @defun nonimmediate_operand
891 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
892 @end defun
894 @defun general_operand
895 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
896 valid for @var{mode}.
897 @end defun
899 @noindent
900 Finally, there are two generic operator predicates.
902 @defun comparison_operator
903 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
904 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
905 expression code.
906 @end defun
908 @defun ordered_comparison_operator
909 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
910 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
911 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
912 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
913 @code{ge}, @code{geu}.
914 @end defun
916 @node Defining Predicates
917 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
918 @cindex defining predicates
919 @findex define_predicate
920 @findex define_special_predicate
922 Many machines have requirements for their operands that cannot be
923 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
924 additional predicates using @code{define_predicate} and
925 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
926 three operands:
928 @itemize @bullet
929 @item
930 The name of the predicate, as it will be referred to in
931 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
933 @item
934 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
935 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
936 the following RTL codes:
938 @table @code
939 @item MATCH_OPERAND
940 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
941 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
942 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
943 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
944 predicates and predicates that have already been defined.
946 @item MATCH_CODE
947 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
948 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
950 The first operand of this expression is a string constant containing a
951 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
952 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
954 The second operand is a string constant which indicates what
955 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
956 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
957 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
958 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
959 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
960 characters it is the result of the previous character.  A digit
961 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
962 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
963 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
964 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
965 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
966 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
967 object.
969 @item MATCH_TEST
970 This expression has one operand, a string constant containing a C
971 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
972 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
973 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
974 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
976 @item  AND
977 @itemx IOR
978 @itemx NOT
979 @itemx IF_THEN_ELSE
980 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
981 logical operators, which have the semantics of the C operators
982 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
983 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
984 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
985 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
986 @end table
988 @item
989 An optional block of C code, which should execute
990 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
991 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
992 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
993 available with those names.
995 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
996 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
997 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
998 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
999 code block that was checked in the RTL expression.
1000 @end itemize
1002 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
1003 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
1004 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
1005 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
1006 @code{MATCH_CODE}.
1008 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
1009 machine description:
1011 @smallexample
1012 @group
1013 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
1014 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
1015   (and (match_code "symbol_ref")
1016        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
1017 @end group
1018 @end smallexample
1020 @noindent
1021 And here is another, showing the use of the C block.
1023 @smallexample
1024 @group
1025 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1026 (define_predicate "gr_register_operand"
1027   (match_operand 0 "register_operand")
1029   unsigned int regno;
1030   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1031     op = SUBREG_REG (op);
1033   regno = REGNO (op);
1034   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1036 @end group
1037 @end smallexample
1039 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1040 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1041 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1042 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1043 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1044 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1045 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1046 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1047 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1048 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1049 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1050 @code{immediate_operand}.
1052 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1053 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1054 by @command{genrecog}.
1056 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1057 test predicates.  It also writes a header file containing function
1058 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1059 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1060 @end ifset
1062 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1063 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1064 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1065 @ifset INTERNALS
1066 @node Constraints
1067 @section Operand Constraints
1068 @cindex operand constraints
1069 @cindex constraints
1071 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1072 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1073 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1074 predicate.
1076 @end ifset
1077 @ifclear INTERNALS
1078 @node Constraints
1079 @section Constraints for @code{asm} Operands
1080 @cindex operand constraints, @code{asm}
1081 @cindex constraints, @code{asm}
1082 @cindex @code{asm} constraints
1084 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1085 @code{asm} operands.
1086 @end ifclear
1087 Constraints can say whether
1088 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1089 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1090 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1091 have.  Constraints can also require two operands to match.
1092 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1093 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1094 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1095 the addressing register.
1097 @ifset INTERNALS
1098 @menu
1099 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1100 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1101 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1102 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1103 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1104 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using attributes.
1105 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1106 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1107 @end menu
1108 @end ifset
1110 @ifclear INTERNALS
1111 @menu
1112 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1113 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1114 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1115 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1116 @end menu
1117 @end ifclear
1119 @node Simple Constraints
1120 @subsection Simple Constraints
1121 @cindex simple constraints
1123 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1124 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1125 the letters that are allowed:
1127 @table @asis
1128 @item whitespace
1129 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1130 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1131 be visually aligned in the machine description even if they have different
1132 number of constraints and modifiers.
1134 @cindex @samp{m} in constraint
1135 @cindex memory references in constraints
1136 @item @samp{m}
1137 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1138 supports in general.
1139 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1140 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1142 @cindex offsettable address
1143 @cindex @samp{o} in constraint
1144 @item @samp{o}
1145 A memory operand is allowed, but only if the address is
1146 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1147 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1148 may be added to the address and the result is also a valid memory
1149 address.
1151 @cindex autoincrement/decrement addressing
1152 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1153 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1154 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1155 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1156 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1157 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1158 addressing modes that the machine supports.
1160 Note that in an output operand which can be matched by another
1161 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1162 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1163 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1165 @cindex @samp{V} in constraint
1166 @item @samp{V}
1167 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1168 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1170 @cindex @samp{<} in constraint
1171 @item @samp{<}
1172 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1173 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1174 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1175 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1176 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1177 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1178 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1179 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1180 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1181 or @code{%P0} on IA-64.
1183 @cindex @samp{>} in constraint
1184 @item @samp{>}
1185 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1186 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1187 as for @samp{<} apply.
1189 @cindex @samp{r} in constraint
1190 @cindex registers in constraints
1191 @item @samp{r}
1192 A register operand is allowed provided that it is in a general
1193 register.
1195 @cindex constants in constraints
1196 @cindex @samp{i} in constraint
1197 @item @samp{i}
1198 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1199 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1200 assembly time or later.
1202 @cindex @samp{n} in constraint
1203 @item @samp{n}
1204 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1205 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1206 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1207 rather than @samp{i}.
1209 @cindex @samp{I} in constraint
1210 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1211 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1212 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1213 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1214 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1215 This is the range permitted as a shift count in the shift
1216 instructions.
1218 @cindex @samp{E} in constraint
1219 @item @samp{E}
1220 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1221 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1222 that of the host machine (on which the compiler is running).
1224 @cindex @samp{F} in constraint
1225 @item @samp{F}
1226 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1227 @code{const_vector}) is allowed.
1229 @cindex @samp{G} in constraint
1230 @cindex @samp{H} in constraint
1231 @item @samp{G}, @samp{H}
1232 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1233 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1235 @cindex @samp{s} in constraint
1236 @item @samp{s}
1237 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1238 allowed.
1240 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1241 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1242 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1243 better code to be generated.
1245 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1246 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1247 and 127, better code results from loading the value into a register and
1248 using the register.  This is because the load into the register can be
1249 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1250 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1251 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1252 constraints.
1254 @cindex @samp{g} in constraint
1255 @item @samp{g}
1256 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1257 registers that are not general registers.
1259 @cindex @samp{X} in constraint
1260 @item @samp{X}
1261 @ifset INTERNALS
1262 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1263 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1264 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1265 require a scratch register.
1266 @end ifset
1267 @ifclear INTERNALS
1268 Any operand whatsoever is allowed.
1269 @end ifclear
1271 @cindex @samp{0} in constraint
1272 @cindex digits in constraint
1273 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1274 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1275 digit is used together with letters within the same alternative, the
1276 digit should come last.
1278 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1279 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1280 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1281 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1282 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1283 can use multiple alternatives instead.
1285 @cindex matching constraint
1286 @cindex constraint, matching
1287 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1288 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1289 @ifset INTERNALS
1290 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1291 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1292 @end ifset
1293 @ifclear INTERNALS
1294 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1295 two input operands and an output operand, but on most CISC
1296 @end ifclear
1297 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1298 input-output operand:
1300 @smallexample
1301 addl #35,r12
1302 @end smallexample
1304 Matching constraints are used in these circumstances.
1305 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1306 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1307 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1308 constraint.
1310 @ifset INTERNALS
1311 For operands to match in a particular case usually means that they
1312 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1313 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1314 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1315 For proper results in such cases, the output template should always
1316 use the output-operand's number when printing the operand.
1317 @end ifset
1319 @cindex load address instruction
1320 @cindex push address instruction
1321 @cindex address constraints
1322 @cindex @samp{p} in constraint
1323 @item @samp{p}
1324 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1325 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1327 @findex address_operand
1328 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1329 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1330 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1331 reference for which the address would be valid.
1333 @cindex other register constraints
1334 @cindex extensible constraints
1335 @item @var{other-letters}
1336 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1337 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1338 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1339 for data, address and floating point registers.
1340 @end table
1342 @ifset INTERNALS
1343 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1344 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1345 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1346 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1347 done by copying an operand into a register.
1349 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1351 @smallexample
1352 (define_insn ""
1353   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1354         (plus:SI (match_dup 0)
1355                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1356   ""
1357   "@dots{}")
1358 @end smallexample
1360 @noindent
1361 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1363 @smallexample
1364 (define_insn ""
1365   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1366         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1367                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1368   ""
1369   "@dots{}")
1370 @end smallexample
1372 @noindent
1373 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1374 identical.  If we are considering an insn of the form
1376 @smallexample
1377 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1378   (set (reg:SI 3)
1379        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1380   @dots{})
1381 @end smallexample
1383 @noindent
1384 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1385 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1386 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1387 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1388 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1389 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1390 results might look like this:
1392 @smallexample
1393 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1394   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1395   @dots{})
1397 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1398   (set (reg:SI 3)
1399        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1400   @dots{})
1401 @end smallexample
1403 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1404 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1405 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1406 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1407 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1408 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1409 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1410 reloading any possible operand so that it will fit.
1412 @itemize @bullet
1413 @item
1414 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1415 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1417 For example, an operand whose constraints permit everything except
1418 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1420 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1421 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1422 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1423 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1424 more selective.
1426 @item
1427 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1428 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1429 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1430 compiler knows how to copy a register into another register of the
1431 proper class in order to make an instruction valid.
1433 @cindex nonoffsettable memory reference
1434 @cindex memory reference, nonoffsettable
1435 @item
1436 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1437 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1438 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1440 @item
1441 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1442 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1443 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1444 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1446 @item
1447 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1448 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1449 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1450 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1451 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1452 objects allowed by the constraint.
1453 @end itemize
1455 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1456 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1457 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1458 how to copy a register temporarily into memory.
1460 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1461 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1462 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1463 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1464 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1465 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1466 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1467 @code{sign_extend}.
1468 @end ifset
1470 @node Multi-Alternative
1471 @subsection Multiple Alternative Constraints
1472 @cindex multiple alternative constraints
1474 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1475 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1476 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1477 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1478 another.
1480 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1481 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1482 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1483 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1484 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1485 All operands for a single instruction must have the same number of 
1486 alternatives.
1487 @ifset INTERNALS
1488 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1490 @smallexample
1491 (define_insn "iorsi3"
1492   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1493         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1494                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1495   @dots{})
1496 @end smallexample
1498 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1499 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1500 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1501 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1502 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1503 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1505 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1506 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1507 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1508 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1509 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1510 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1512 @table @code
1513 @cindex @samp{?} in constraint
1514 @cindex question mark
1515 @item ?
1516 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1517 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1518 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1519 in it.
1521 @cindex @samp{!} in constraint
1522 @cindex exclamation point
1523 @item !
1524 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1525 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1526 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1528 @cindex @samp{^} in constraint
1529 @cindex caret
1530 @item ^
1531 This constraint is analogous to @samp{?} but it disparages slightly
1532 the alternative only if the operand with the @samp{^} needs a reload.
1534 @cindex @samp{$} in constraint
1535 @cindex dollar sign
1536 @item $
1537 This constraint is analogous to @samp{!} but it disparages severely
1538 the alternative only if the operand with the @samp{$} needs a reload.
1539 @end table
1541 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1542 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1543 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1544 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1545 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1546 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1547 @end ifset
1548 @ifclear INTERNALS
1550 So the first alternative for the 68000's logical-or could be written as 
1551 @code{"+m" (output) : "ir" (input)}.  The second could be @code{"+r" 
1552 (output): "irm" (input)}.  However, the fact that two memory locations 
1553 cannot be used in a single instruction prevents simply using @code{"+rm" 
1554 (output) : "irm" (input)}.  Using multi-alternatives, this might be 
1555 written as @code{"+m,r" (output) : "ir,irm" (input)}.  This describes
1556 all the available alternatives to the compiler, allowing it to choose 
1557 the most efficient one for the current conditions.
1559 There is no way within the template to determine which alternative was 
1560 chosen.  However you may be able to wrap your @code{asm} statements with 
1561 builtins such as @code{__builtin_constant_p} to achieve the desired results.
1562 @end ifclear
1564 @ifset INTERNALS
1565 @node Class Preferences
1566 @subsection Register Class Preferences
1567 @cindex class preference constraints
1568 @cindex register class preference constraints
1570 @cindex voting between constraint alternatives
1571 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1572 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1573 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1574 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1575 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1576 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1577 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1578 favor of a general register.  The machine description says which registers
1579 are considered general.
1581 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1582 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1583 @end ifset
1585 @node Modifiers
1586 @subsection Constraint Modifier Characters
1587 @cindex modifiers in constraints
1588 @cindex constraint modifier characters
1590 @c prevent bad page break with this line
1591 Here are constraint modifier characters.
1593 @table @samp
1594 @cindex @samp{=} in constraint
1595 @item =
1596 Means that this operand is written to by this instruction:
1597 the previous value is discarded and replaced by new data.
1599 @cindex @samp{+} in constraint
1600 @item +
1601 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1603 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1604 it needs to know which operands are read by the instruction and
1605 which are written by it.  @samp{=} identifies an operand which is only
1606 written; @samp{+} identifies an operand that is both read and written; all
1607 other operands are assumed to only be read.
1609 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1610 first character of the constraint string.
1612 @cindex @samp{&} in constraint
1613 @cindex earlyclobber operand
1614 @item &
1615 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1616 @dfn{earlyclobber} operand, which is written before the instruction is
1617 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1618 in a register that is read by the instruction or as part of any memory
1619 address.
1621 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1622 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1623 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1624 @samp{movdf} insn of the 68000.
1626 A operand which is read by the instruction can be tied to an earlyclobber
1627 operand if its only use as an input occurs before the early result is
1628 written.  Adding alternatives of this form often allows GCC to produce
1629 better code when only some of the read operands can be affected by the
1630 earlyclobber. See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1632 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also a read/write
1633 operand, then that operand is written only after it's used.
1635 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.  As
1636 @dfn{earlyclobber} operands are always written, a read-only
1637 @dfn{earlyclobber} operand is ill-formed and will be rejected by the
1638 compiler.
1640 @cindex @samp{%} in constraint
1641 @item %
1642 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1643 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1644 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1645 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1646 the first character in the constraint.  Only read-only operands can use
1647 @samp{%}.
1649 @ifset INTERNALS
1650 This is often used in patterns for addition instructions
1651 that really have only two operands: the result must go in one of the
1652 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1653 instruction is defined:
1655 @smallexample
1656 (define_insn "addhi3"
1657   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1658      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1659               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1660   @dots{})
1661 @end smallexample
1662 @end ifset
1663 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1664 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1665 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1666 time in the reload pass.
1667 @ifset INTERNALS
1668 The modifier is not operational after
1669 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1670 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1671 @samp{%} to make the intended insn match.
1673 @cindex @samp{#} in constraint
1674 @item #
1675 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1676 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1677 register preferences.
1679 @cindex @samp{*} in constraint
1680 @item *
1681 Says that the following character should be ignored when choosing
1682 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1683 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1684 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1685 following character matches the operand.
1687 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1688 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1689 copying it into an address register.  While either kind of register is
1690 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1691 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1692 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1693 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1694 register preferences.
1696 @smallexample
1697 (define_insn "extendhisi2"
1698   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1699         (sign_extend:SI
1700          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1701   @dots{})
1702 @end smallexample
1703 @end ifset
1704 @end table
1706 @node Machine Constraints
1707 @subsection Constraints for Particular Machines
1708 @cindex machine specific constraints
1709 @cindex constraints, machine specific
1711 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1712 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1713 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1714 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1715 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1716 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1717 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1718 immediate-constant format.
1720 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1721 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1722 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1723 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1724 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1725 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1726 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1727 table heading for each architecture is the definitive reference for
1728 the meanings of that architecture's constraints.
1730 @c Please keep this table alphabetized by target!
1731 @table @emph
1732 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1733 @table @code
1734 @item k
1735 The stack pointer register (@code{SP})
1737 @item w
1738 Floating point or SIMD vector register
1740 @item I
1741 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1742 instruction
1744 @item J
1745 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1746 instruction (once negated)
1748 @item K
1749 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1751 @item L
1752 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1754 @item M
1755 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1756 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1757 machine instructions depending on the value
1759 @item N
1760 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1761 pseudo instruction
1763 @item S
1764 An absolute symbolic address or a label reference
1766 @item Y
1767 Floating point constant zero
1769 @item Z
1770 Integer constant zero
1772 @item Ush
1773 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1774 within 4GB of the instruction
1776 @item Q
1777 A memory address which uses a single base register with no offset
1779 @item Ump
1780 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1781 DF modes
1783 @end table
1786 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1787 @table @code
1788 @item q
1789 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1790 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1791 option is in effect.
1793 @item e
1794 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1795 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1796 This constraint can only match when the @option{-mq}
1797 option is in effect.
1798 @item D
1799 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1801 @item I
1802 A signed 12-bit integer constant.
1804 @item Cal
1805 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1806 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1807 involving a PIC relocation.
1809 @item K
1810 A 3-bit unsigned integer constant.
1812 @item L
1813 A 6-bit unsigned integer constant.
1815 @item CnL
1816 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1818 @item CmL
1819 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1821 @item M
1822 A 5-bit unsigned integer constant.
1824 @item O
1825 A 7-bit unsigned integer constant.
1827 @item P
1828 A 8-bit unsigned integer constant.
1830 @item H
1831 Any const_double value.
1832 @end table
1834 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1835 @table @code
1837 @item h
1838 In Thumb state, the core registers @code{r8}-@code{r15}.
1840 @item k
1841 The stack pointer register.
1843 @item l
1844 In Thumb State the core registers @code{r0}-@code{r7}.  In ARM state this
1845 is an alias for the @code{r} constraint.
1847 @item t
1848 VFP floating-point registers @code{s0}-@code{s31}.  Used for 32 bit values.
1850 @item w
1851 VFP floating-point registers @code{d0}-@code{d31} and the appropriate
1852 subset @code{d0}-@code{d15} based on command line options.
1853 Used for 64 bit values only.  Not valid for Thumb1.
1855 @item y
1856 The iWMMX co-processor registers.
1858 @item z
1859 The iWMMX GR registers.
1861 @item G
1862 The floating-point constant 0.0
1864 @item I
1865 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1866 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1867 multiple of 2
1869 @item J
1870 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1872 @item K
1873 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1875 @item L
1876 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1878 @item M
1879 Integer in the range 0 to 32
1881 @item Q
1882 A memory reference where the exact address is in a single register
1883 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1885 @item R
1886 An item in the constant pool
1888 @item S
1889 A symbol in the text segment of the current file
1891 @item Uv
1892 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1894 @item Uy
1895 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1897 @item Uq
1898 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1899 @end table
1901 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1902 @table @code
1903 @item l
1904 Registers from r0 to r15
1906 @item a
1907 Registers from r16 to r23
1909 @item d
1910 Registers from r16 to r31
1912 @item w
1913 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1915 @item e
1916 Pointer register (r26--r31)
1918 @item b
1919 Base pointer register (r28--r31)
1921 @item q
1922 Stack pointer register (SPH:SPL)
1924 @item t
1925 Temporary register r0
1927 @item x
1928 Register pair X (r27:r26)
1930 @item y
1931 Register pair Y (r29:r28)
1933 @item z
1934 Register pair Z (r31:r30)
1936 @item I
1937 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1939 @item J
1940 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1942 @item K
1943 Constant integer 2
1945 @item L
1946 Constant integer 0
1948 @item M
1949 Constant that fits in 8 bits
1951 @item N
1952 Constant integer @minus{}1
1954 @item O
1955 Constant integer 8, 16, or 24
1957 @item P
1958 Constant integer 1
1960 @item G
1961 A floating point constant 0.0
1963 @item Q
1964 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1965 @end table
1967 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
1968 @table @code
1969 @item a
1970 P register
1972 @item d
1973 D register
1975 @item z
1976 A call clobbered P register.
1978 @item q@var{n}
1979 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
1980 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
1982 @item D
1983 Even-numbered D register
1985 @item W
1986 Odd-numbered D register
1988 @item e
1989 Accumulator register.
1991 @item A
1992 Even-numbered accumulator register.
1994 @item B
1995 Odd-numbered accumulator register.
1997 @item b
1998 I register
2000 @item v
2001 B register
2003 @item f
2004 M register
2006 @item c
2007 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2009 @item C
2010 The CC register.
2012 @item t
2013 LT0 or LT1.
2015 @item k
2016 LC0 or LC1.
2018 @item u
2019 LB0 or LB1.
2021 @item x
2022 Any D, P, B, M, I or L register.
2024 @item y
2025 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2026 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2028 @item w
2029 Any register except accumulators or CC.
2031 @item Ksh
2032 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2034 @item Kuh
2035 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2037 @item Ks7
2038 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2040 @item Ku7
2041 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2043 @item Ku5
2044 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2046 @item Ks4
2047 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2049 @item Ks3
2050 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2052 @item Ku3
2053 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2055 @item P@var{n}
2056 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2058 @item PA
2059 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2060 use with either accumulator.
2062 @item PB
2063 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2064 use only with accumulator A1.
2066 @item M1
2067 Constant 255.
2069 @item M2
2070 Constant 65535.
2072 @item J
2073 An integer constant with exactly a single bit set.
2075 @item L
2076 An integer constant with all bits set except exactly one.
2078 @item H
2080 @item Q
2081 Any SYMBOL_REF.
2082 @end table
2084 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
2085 @table @code
2087 @item b
2088 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
2090 @item t
2091 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
2093 @item p
2094 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
2096 @item I
2097 Signed constant that fits in 4 bits
2099 @item J
2100 Signed constant that fits in 5 bits
2102 @item K
2103 Signed constant that fits in 6 bits
2105 @item L
2106 Unsigned constant that fits in 4 bits
2108 @item M
2109 Signed constant that fits in 32 bits
2111 @item N
2112 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
2114 @item G
2115 Floating point constant that is legal for store immediate
2116 @end table
2118 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
2119 @table @code
2120 @item U16
2121 An unsigned 16-bit constant.
2123 @item K
2124 An unsigned 5-bit constant.
2126 @item L
2127 A signed 11-bit constant.
2129 @item Cm1
2130 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
2131 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2133 @item Cl1
2134 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
2135 being a block of trailing zeroes.
2136 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2138 @item Cr1
2139 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
2140 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
2141 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
2143 @item Cal
2144 Constant for arithmetic/logical operations.
2145 This is like @code{i}, except that for position independent code,
2146 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
2148 @item Csy
2149 Symbolic constant for call/jump instruction.
2151 @item Rcs
2152 The register class usable in short insns.  This is a register class
2153 constraint, and can thus drive register allocation.
2154 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
2155 in effect.
2157 @item Rsc
2158 The the register class of registers that can be used to hold a
2159 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
2161 @item Rct
2162 Core control register class.
2164 @item Rgs
2165 The register group usable in short insns.
2166 This constraint does not use a register class, so that it only
2167 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
2169 @ifset INTERNALS
2170 @item Car
2171 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
2172 For byte, halfword, or word addressing.
2173 @end ifset
2175 @item Rra
2176 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
2178 @item Rcc
2179 Matches the integer condition code register.
2181 @item Sra
2182 Matches the return address if it is in a stack slot.
2184 @item Cfm
2185 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
2186 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
2187 @end table
2189 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2190 @table @code
2191 @item a
2192 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2194 @item b
2195 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2197 @item c
2198 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2199 @code{icc0} to @code{icc3}).
2201 @item d
2202 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2204 @item e
2205 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2206 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2207 mode larger than 4 bytes.
2209 @item f
2210 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2212 @item h
2213 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2214 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2215 mode larger than 4 bytes.
2217 @item l
2218 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2220 @item q
2221 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2222 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2223 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2225 @item t
2226 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2228 @item u
2229 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2231 @item v
2232 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2234 @item w
2235 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2237 @item x
2238 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2239 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2240 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2242 @item z
2243 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2245 @item A
2246 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2248 @item B
2249 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2251 @item C
2252 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2254 @item G
2255 Floating point constant zero
2257 @item I
2258 6-bit signed integer constant
2260 @item J
2261 10-bit signed integer constant
2263 @item L
2264 16-bit signed integer constant
2266 @item M
2267 16-bit unsigned integer constant
2269 @item N
2270 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2271 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2273 @item O
2274 Constant zero
2276 @item P
2277 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2278 range of 1 to 2047.
2280 @end table
2282 @item FT32---@file{config/ft32/constraints.md}
2283 @table @code
2284 @item A
2285 An absolute address
2287 @item B
2288 An offset address
2290 @item W
2291 A register indirect memory operand
2293 @item e
2294 An offset address.
2296 @item f
2297 An offset address.
2299 @item O
2300 The constant zero or one
2302 @item I
2303 A 16-bit signed constant (@minus{}32768 @dots{} 32767)
2305 @item w
2306 A bitfield mask suitable for bext or bins
2308 @item x
2309 An inverted bitfield mask suitable for bext or bins
2311 @item L
2312 A 16-bit unsigned constant, multiple of 4 (0 @dots{} 65532)
2314 @item S
2315 A 20-bit signed constant (@minus{}524288 @dots{} 524287)
2317 @item b
2318 A constant for a bitfield width (1 @dots{} 16)
2320 @item KA
2321 A 10-bit signed constant (@minus{}512 @dots{} 511)
2323 @end table
2325 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
2326 @table @code
2327 @item a
2328 General register 1
2330 @item f
2331 Floating point register
2333 @item q
2334 Shift amount register
2336 @item x
2337 Floating point register (deprecated)
2339 @item y
2340 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2342 @item Z
2343 Any register
2345 @item I
2346 Signed 11-bit integer constant
2348 @item J
2349 Signed 14-bit integer constant
2351 @item K
2352 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2354 @item L
2355 Signed 5-bit integer constant
2357 @item M
2358 Integer constant 0
2360 @item N
2361 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2363 @item O
2364 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2366 @item P
2367 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2368 and @code{extru} instructions
2370 @item S
2371 Integer constant 31
2373 @item U
2374 Integer constant 63
2376 @item G
2377 Floating-point constant 0.0
2379 @item A
2380 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2382 @item Q
2383 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2384 integer store instruction
2386 @item R
2387 A scaled or unscaled indexed memory operand
2389 @item T
2390 A memory operand for floating-point loads and stores
2392 @item W
2393 A register indirect memory operand
2394 @end table
2396 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2397 @table @code
2398 @item a
2399 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2401 @item b
2402 Branch register
2404 @item c
2405 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2407 @item d
2408 Application register residing in M-unit
2410 @item e
2411 Application register residing in I-unit
2413 @item f
2414 Floating-point register
2416 @item m
2417 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2418 the operand can have postincrement and postdecrement which
2419 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2421 @item G
2422 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2424 @item I
2425 14-bit signed integer constant
2427 @item J
2428 22-bit signed integer constant
2430 @item K
2431 8-bit signed integer constant for logical instructions
2433 @item L
2434 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2436 @item M
2437 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2439 @item N
2440 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2442 @item O
2443 The constant zero
2445 @item P
2446 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2448 @item Q
2449 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2451 @item R
2452 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2454 @item S
2455 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2456 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2457 or @samp{>}.
2458 @end table
2460 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2461 @table @code
2462 @item Rsp
2463 @itemx Rfb
2464 @itemx Rsb
2465 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2467 @item Rcr
2468 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2469 registers are 24 bits wide)
2471 @item Rcl
2472 Any control register, when they're 24 bits wide.
2474 @item R0w
2475 @itemx R1w
2476 @itemx R2w
2477 @itemx R3w
2478 $r0, $r1, $r2, $r3.
2480 @item R02
2481 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2483 @item R13
2484 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2486 @item Rdi
2487 A register that can hold a 64 bit value.
2489 @item Rhl
2490 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2492 @item R23
2493 $r2 or $r3
2495 @item Raa
2496 Address registers
2498 @item Raw
2499 Address registers when they're 16 bits wide.
2501 @item Ral
2502 Address registers when they're 24 bits wide.
2504 @item Rqi
2505 Registers that can hold QI values.
2507 @item Rad
2508 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2510 @item Rsi
2511 Registers that can hold 32 bit values.
2513 @item Rhi
2514 Registers that can hold 16 bit values.
2516 @item Rhc
2517 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2518 registers.
2520 @item Rra
2521 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2523 @item Rfl
2524 The flags register.
2526 @item Rmm
2527 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2529 @item Rpi
2530 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2531 bit registers for m32cm, m32c).
2533 @item Rpa
2534 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2535 Used to match function return values.
2537 @item Is3
2538 @minus{}8 @dots{} 7
2540 @item IS1
2541 @minus{}128 @dots{} 127
2543 @item IS2
2544 @minus{}32768 @dots{} 32767
2546 @item IU2
2547 0 @dots{} 65535
2549 @item In4
2550 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2552 @item In5
2553 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2555 @item In6
2556 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2558 @item IM2
2559 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2561 @item Ilb
2562 An 8 bit value with exactly one bit set.
2564 @item Ilw
2565 A 16 bit value with exactly one bit set.
2567 @item Sd
2568 The common src/dest memory addressing modes.
2570 @item Sa
2571 Memory addressed using $a0 or $a1.
2573 @item Si
2574 Memory addressed with immediate addresses.
2576 @item Ss
2577 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2579 @item Sf
2580 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2582 @item Ss
2583 Memory addressed using the small base register ($sb).
2585 @item S1
2586 $r1h
2587 @end table
2589 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2590 @table @code
2591 @item d
2592 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2594 @item z
2595 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2597 @end table
2599 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2600 @table @code
2601 @item d
2602 A general-purpose register.  This is equivalent to @code{r} unless
2603 generating MIPS16 code, in which case the MIPS16 register set is used.
2605 @item f
2606 A floating-point register (if available).
2608 @item h
2609 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2611 @item l
2612 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2613 no bigger than a word.
2615 @item x
2616 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2617 to store doubleword values.
2619 @item c
2620 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2621 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2623 @item v
2624 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2625 it is retained only for compatibility with glibc.
2627 @item y
2628 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2630 @item z
2631 A floating-point condition code register.
2633 @item I
2634 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2636 @item J
2637 Integer zero.
2639 @item K
2640 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2642 @item L
2643 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2644 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2646 @item M
2647 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2648 or @code{ori}.
2650 @item N
2651 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2653 @item O
2654 A signed 15-bit constant.
2656 @item P
2657 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2659 @item G
2660 Floating-point zero.
2662 @item R
2663 An address that can be used in a non-macro load or store.
2665 @item ZC
2666 A memory operand whose address is formed by a base register and offset
2667 that is suitable for use in instructions with the same addressing mode
2668 as @code{ll} and @code{sc}.
2670 @item ZD
2671 An address suitable for a @code{prefetch} instruction, or for any other
2672 instruction with the same addressing mode as @code{prefetch}.
2673 @end table
2675 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2676 @table @code
2677 @item a
2678 Address register
2680 @item d
2681 Data register
2683 @item f
2684 68881 floating-point register, if available
2686 @item I
2687 Integer in the range 1 to 8
2689 @item J
2690 16-bit signed number
2692 @item K
2693 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2695 @item L
2696 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2698 @item M
2699 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2701 @item N
2702 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2704 @item O
2705 16 (for rotate using swap)
2707 @item P
2708 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2710 @item R
2711 Numbers that mov3q can handle
2713 @item G
2714 Floating point constant that is not a 68881 constant
2716 @item S
2717 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2719 @item T
2720 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2722 @item Q
2723 Address register indirect addressing mode
2725 @item U
2726 Register offset addressing
2728 @item W
2729 const_call_operand
2731 @item Cs
2732 symbol_ref or const
2734 @item Ci
2735 const_int
2737 @item C0
2738 const_int 0
2740 @item Cj
2741 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2743 @item Cmvq
2744 Integers valid for mvq
2746 @item Capsw
2747 Integers valid for a moveq followed by a swap
2749 @item Cmvz
2750 Integers valid for mvz
2752 @item Cmvs
2753 Integers valid for mvs
2755 @item Ap
2756 push_operand
2758 @item Ac
2759 Non-register operands allowed in clr
2761 @end table
2763 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2764 @table @code
2765 @item A
2766 An absolute address
2768 @item B
2769 An offset address
2771 @item W
2772 A register indirect memory operand
2774 @item I
2775 A constant in the range of 0 to 255.
2777 @item N
2778 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2780 @end table
2782 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
2783 @table @code
2785 @item R12
2786 Register R12.
2788 @item R13
2789 Register R13.
2791 @item K
2792 Integer constant 1.
2794 @item L
2795 Integer constant -1^20..1^19.
2797 @item M
2798 Integer constant 1-4.
2800 @item Ya
2801 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
2803 @item Yl
2804 Memory reference, labels only.
2806 @item Ys
2807 Memory reference, stack only.
2809 @end table
2811 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
2812 @table @code
2813 @item w
2814 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
2815 @item l
2816 LOW register class $r0 to $r7.
2817 @item d
2818 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
2819 @item h
2820 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
2821 @item t
2822 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
2823 @item k
2824 Stack register $sp.
2825 @item Iu03
2826 Unsigned immediate 3-bit value.
2827 @item In03
2828 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
2829 @item Iu04
2830 Unsigned immediate 4-bit value.
2831 @item Is05
2832 Signed immediate 5-bit value.
2833 @item Iu05
2834 Unsigned immediate 5-bit value.
2835 @item In05
2836 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
2837 @item Ip05
2838 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
2839 @item Iu06
2840 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
2841 @item Iu08
2842 Unsigned immediate 8-bit value.
2843 @item Iu09
2844 Unsigned immediate 9-bit value.
2845 @item Is10
2846 Signed immediate 10-bit value.
2847 @item Is11
2848 Signed immediate 11-bit value.
2849 @item Is15
2850 Signed immediate 15-bit value.
2851 @item Iu15
2852 Unsigned immediate 15-bit value.
2853 @item Ic15
2854 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
2855 @item Ie15
2856 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
2857 @item It15
2858 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
2859 @item Ii15
2860 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
2861 and ok for bitci instruction.
2862 @item Is16
2863 Signed immediate 16-bit value.
2864 @item Is17
2865 Signed immediate 17-bit value.
2866 @item Is19
2867 Signed immediate 19-bit value.
2868 @item Is20
2869 Signed immediate 20-bit value.
2870 @item Ihig
2871 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
2872 @item Izeb
2873 The immediate value 0xff.
2874 @item Izeh
2875 The immediate value 0xffff.
2876 @item Ixls
2877 The immediate value 0x01.
2878 @item Ix11
2879 The immediate value 0x7ff.
2880 @item Ibms
2881 The immediate value with power of 2.
2882 @item Ifex
2883 The immediate value with power of 2 minus 1.
2884 @item U33
2885 Memory constraint for 333 format.
2886 @item U45
2887 Memory constraint for 45 format.
2888 @item U37
2889 Memory constraint for 37 format.
2890 @end table
2892 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
2893 @table @code
2895 @item I
2896 Integer that is valid as an immediate operand in an
2897 instruction taking a signed 16-bit number. Range
2898 @minus{}32768 to 32767.
2900 @item J
2901 Integer that is valid as an immediate operand in an
2902 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
2903 0 to 65535.
2905 @item K
2906 Integer that is valid as an immediate operand in an
2907 instruction taking only the upper 16-bits of a
2908 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
2909 16-bits being 0.
2911 @item L
2912 Integer that is valid as an immediate operand for a 
2913 shift instruction. Range 0 to 31.
2915 @item M
2916 Integer that is valid as an immediate operand for
2917 only the value 0. Can be used in conjunction with
2918 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
2919 instead of @code{0} in the assembly output.
2921 @item N
2922 Integer that is valid as an immediate operand for
2923 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
2925 @item P
2926 An immediate operand for R2 andchi/andci instructions. 
2928 @item S
2929 Matches immediates which are addresses in the small
2930 data section and therefore can be added to @code{gp}
2931 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
2933 @item U
2934 Matches constants suitable as an operand for the rdprs and
2935 cache instructions.
2937 @item v
2938 A memory operand suitable for Nios II R2 load/store
2939 exclusive instructions.
2941 @item w
2942 A memory operand suitable for load/store IO and cache
2943 instructions.
2945 @ifset INTERNALS
2946 @item T
2947 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
2948 representing a supported PIC or TLS relocation.
2949 @end ifset
2951 @end table
2953 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2954 @table @code
2955 @item a
2956 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2957 memory with a single instruction.
2959 @item d
2960 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2961 16-bit multiply operations.
2963 @item f
2964 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2966 @item G
2967 Floating point constant 0.
2969 @item I
2970 An integer constant that fits in 16 bits.
2972 @item J
2973 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2975 @item K
2976 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2977 @samp{I} or @samp{J}.
2979 @item L
2980 The integer constant 1.
2982 @item M
2983 The integer constant @minus{}1.
2985 @item N
2986 The integer constant 0.
2988 @item O
2989 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2990 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2991 variable-length shift.
2993 @item Q
2994 A memory reference which requires an additional word (address or
2995 offset) after the opcode.
2997 @item R
2998 A memory reference that is encoded within the opcode.
3000 @end table
3002 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
3003 @table @code
3004 @item b
3005 Address base register
3007 @item d
3008 Floating point register (containing 64-bit value)
3010 @item f
3011 Floating point register (containing 32-bit value)
3013 @item v
3014 Altivec vector register
3016 @item wa
3017 Any VSX register if the @option{-mvsx} option was used or NO_REGS.
3019 When using any of the register constraints (@code{wa}, @code{wd},
3020 @code{wf}, @code{wg}, @code{wh}, @code{wi}, @code{wj}, @code{wk},
3021 @code{wl}, @code{wm}, @code{wo}, @code{wp}, @code{wq}, @code{ws},
3022 @code{wt}, @code{wu}, @code{wv}, @code{ww}, or @code{wy})
3023 that take VSX registers, you must use @code{%x<n>} in the template so
3024 that the correct register is used.  Otherwise the register number
3025 output in the assembly file will be incorrect if an Altivec register
3026 is an operand of a VSX instruction that expects VSX register
3027 numbering.
3029 @smallexample
3030 asm ("xvadddp %x0,%x1,%x2"
3031      : "=wa" (v1)
3032      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3033 @end smallexample
3035 @noindent
3036 is correct, but:
3038 @smallexample
3039 asm ("xvadddp %0,%1,%2" 
3040      : "=wa" (v1) 
3041      : "wa" (v2), "wa" (v3));
3042 @end smallexample
3044 @noindent
3045 is not correct.
3047 If an instruction only takes Altivec registers, you do not want to use
3048 @code{%x<n>}.
3050 @smallexample
3051 asm ("xsaddqp %0,%1,%2"
3052      : "=v" (v1)
3053      : "v" (v2), "v" (v3));
3054 @end smallexample
3056 @noindent
3057 is correct because the @code{xsaddqp} instruction only takes Altivec
3058 registers, while:
3060 @smallexample
3061 asm ("xsaddqp %x0,%x1,%x2" 
3062      : "=v" (v1) 
3063      : "v" (v2), "v" (v3));
3064 @end smallexample
3066 @noindent
3067 is incorrect.
3069 @item wb
3070 Altivec register if @option{-mcpu=power9} is used or NO_REGS.
3072 @item wd
3073 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
3075 @item we
3076 VSX register if the @option{-mcpu=power9} and @option{-m64} options
3077 were used or NO_REGS.
3079 @item wf
3080 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
3082 @item wg
3083 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
3085 @item wh
3086 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
3088 @item wi
3089 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
3091 @item wj
3092 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
3094 @item wk
3095 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
3097 @item wl
3098 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
3100 @item wm
3101 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
3103 @item wn
3104 No register (NO_REGS).
3106 @item wo
3107 VSX register to use for ISA 3.0 vector instructions, or NO_REGS.
3109 @item wp
3110 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point TFmode, or NO_REGS.
3112 @item wq
3113 VSX register to use for IEEE 128-bit floating point, or NO_REGS.
3115 @item wr
3116 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3118 @item ws
3119 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
3121 @item wt
3122 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
3124 @item wu
3125 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
3127 @item wv
3128 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
3130 @item ww
3131 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
3133 @item wx
3134 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
3136 @item wy
3137 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
3139 @item wz
3140 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
3142 @item wA
3143 Address base register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
3145 @item wB
3146 Signed 5-bit constant integer that can be loaded into an altivec register.
3148 @item wD
3149 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
3151 @item wE
3152 Vector constant that can be loaded with the XXSPLTIB instruction.
3154 @item wF
3155 Memory operand suitable for power9 fusion load/stores.
3157 @item wG
3158 Memory operand suitable for TOC fusion memory references.
3160 @item wH
3161 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer}.
3163 @item wI
3164 Floating point register if @option{-mvsx-small-integer}.
3166 @item wJ
3167 FP register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3169 @item wK
3170 Altivec register if @option{-mvsx-small-integer} and @option{-mpower9-vector}.
3172 @item wL
3173 Int constant that is the element number that the MFVSRLD instruction.
3174 targets.
3176 @item wM
3177 Match vector constant with all 1's if the XXLORC instruction is available.
3179 @item wO
3180 A memory operand suitable for the ISA 3.0 vector d-form instructions.
3182 @item wQ
3183 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
3184 instructions.
3186 @item wS
3187 Vector constant that can be loaded with XXSPLTIB & sign extension.
3189 @item h
3190 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
3192 @item c
3193 @samp{CTR} register
3195 @item l
3196 @samp{LINK} register
3198 @item x
3199 @samp{CR} register (condition register) number 0
3201 @item y
3202 @samp{CR} register (condition register)
3204 @item z
3205 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
3207 @item I
3208 Signed 16-bit constant
3210 @item J
3211 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
3212 @code{SImode} constants)
3214 @item K
3215 Unsigned 16-bit constant
3217 @item L
3218 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
3220 @item M
3221 Constant larger than 31
3223 @item N
3224 Exact power of 2
3226 @item O
3227 Zero
3229 @item P
3230 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
3232 @item G
3233 Floating point constant that can be loaded into a register with one
3234 instruction per word
3236 @item H
3237 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
3238 three instructions
3240 @item m
3241 Memory operand.
3242 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
3243 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
3244 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
3245 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
3246 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
3247 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
3248 corresponding load or store instruction.  For example:
3250 @smallexample
3251 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3252 @end smallexample
3254 is correct but:
3256 @smallexample
3257 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3258 @end smallexample
3260 is not.
3262 @item es
3263 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
3264 automodification of the base register.  This used to be useful when
3265 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
3266 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
3267 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
3269 @item Q
3270 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
3271 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3273 @item Z
3274 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
3275 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
3277 @item R
3278 AIX TOC entry
3280 @item a
3281 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
3282 preferable for @code{asm} statements)
3284 @item U
3285 System V Release 4 small data area reference
3287 @item W
3288 Vector constant that does not require memory
3290 @item j
3291 Vector constant that is all zeros.
3293 @end table
3295 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3296 @table @code
3298 @item Int3
3299 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3300 @item Int8
3301 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3302 @item J
3303 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3304 @item K
3305 The integer constant 1.
3306 @item L
3307 The integer constant -1.
3308 @item M
3309 The integer constant 0.
3310 @item N
3311 The integer constant 2.
3312 @item O
3313 The integer constant -2.
3314 @item P
3315 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3316 @item Qbi
3317 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3318 @item Qsc
3319 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3320 @item Wab
3321 A memory reference with an absolute address.
3322 @item Wbc
3323 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3324 @item Wca
3325 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3326 @item Wcv
3327 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3328 @item Wd2
3329 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3330 @item Wde
3331 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3332 @item Wfr
3333 Any memory reference to an address in the far address space.
3334 @item Wh1
3335 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3336 @item Whb
3337 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3338 @item Whl
3339 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3340 @item Ws1
3341 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3342 @item Y
3343 Any memory reference to an address in the near address space.
3344 @item A
3345 The @code{AX} register.
3346 @item B
3347 The @code{BC} register.
3348 @item D
3349 The @code{DE} register.
3350 @item R
3351 @code{A} through @code{L} registers.
3352 @item S
3353 The @code{SP} register.
3354 @item T
3355 The @code{HL} register.
3356 @item Z08W
3357 The 16-bit @code{R8} register.
3358 @item Z10W
3359 The 16-bit @code{R10} register.
3360 @item Zint
3361 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3362 @item a
3363 The @code{A} register.
3364 @item b
3365 The @code{B} register.
3366 @item c
3367 The @code{C} register.
3368 @item d
3369 The @code{D} register.
3370 @item e
3371 The @code{E} register.
3372 @item h
3373 The @code{H} register.
3374 @item l
3375 The @code{L} register.
3376 @item v
3377 The virtual registers.
3378 @item w
3379 The @code{PSW} register.
3380 @item x
3381 The @code{X} register.
3383 @end table
3385 @item RISC-V---@file{config/riscv/constraints.md}
3386 @table @code
3388 @item f
3389 A floating-point register (if availiable).
3391 @item I
3392 An I-type 12-bit signed immediate.
3394 @item J
3395 Integer zero.
3397 @item K
3398 A 5-bit unsigned immediate for CSR access instructions.
3400 @item A
3401 An address that is held in a general-purpose register.
3403 @end table
3405 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3406 @table @code
3407 @item Q
3408 An address which does not involve register indirect addressing or
3409 pre/post increment/decrement addressing.
3411 @item Symbol
3412 A symbol reference.
3414 @item Int08
3415 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3417 @item Sint08
3418 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3420 @item Sint16
3421 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3423 @item Sint24
3424 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3426 @item Uint04
3427 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3429 @end table
3431 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3432 @table @code
3433 @item a
3434 Address register (general purpose register except r0)
3436 @item c
3437 Condition code register
3439 @item d
3440 Data register (arbitrary general purpose register)
3442 @item f
3443 Floating-point register
3445 @item I
3446 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3448 @item J
3449 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3451 @item K
3452 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3454 @item L
3455 Value appropriate as displacement.
3456 @table @code
3457 @item (0..4095)
3458 for short displacement
3459 @item (@minus{}524288..524287)
3460 for long displacement
3461 @end table
3463 @item M
3464 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3466 @item N
3467 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3468 @table @code
3469 @item 0..9:
3470 number of the part counting from most to least significant
3471 @item H,Q:
3472 mode of the part
3473 @item D,S,H:
3474 mode of the containing operand
3475 @item 0,F:
3476 value of the other parts (F---all bits set)
3477 @end table
3478 The constraint matches if the specified part of a constant
3479 has a value different from its other parts.
3481 @item Q
3482 Memory reference without index register and with short displacement.
3484 @item R
3485 Memory reference with index register and short displacement.
3487 @item S
3488 Memory reference without index register but with long displacement.
3490 @item T
3491 Memory reference with index register and long displacement.
3493 @item U
3494 Pointer with short displacement.
3496 @item W
3497 Pointer with long displacement.
3499 @item Y
3500 Shift count operand.
3502 @end table
3504 @need 1000
3505 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3506 @table @code
3507 @item f
3508 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3509 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3511 @item e
3512 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3513 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3514 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3516 @item c
3517 Floating-point condition code register.
3519 @item d
3520 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3521 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3523 @item b
3524 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3525 when the Visual Instruction Set is available.
3527 @item h
3528 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3530 @item C
3531 The constant all-ones, for floating-point.
3533 @item A
3534 Signed 5-bit constant
3536 @item D
3537 A vector constant
3539 @item I
3540 Signed 13-bit constant
3542 @item J
3543 Zero
3545 @item K
3546 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3547 loaded with the @code{sethi} instruction)
3549 @item L
3550 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3551 signed immediate)
3553 @item M
3554 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3555 signed immediate)
3557 @item N
3558 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3559 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3560 modes wider than @code{SImode}
3562 @item O
3563 The constant 4096
3565 @item G
3566 Floating-point zero
3568 @item H
3569 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3571 @item P
3572 The constant -1
3574 @item Q
3575 Floating-point constant whose integral representation can
3576 be moved into an integer register using a single sethi
3577 instruction
3579 @item R
3580 Floating-point constant whose integral representation can
3581 be moved into an integer register using a single mov
3582 instruction
3584 @item S
3585 Floating-point constant whose integral representation can
3586 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3587 instruction sequence
3589 @item T
3590 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3592 @item U
3593 Even register
3595 @item W
3596 Memory address for @samp{e} constraint registers
3598 @item w
3599 Memory address with only a base register
3601 @item Y
3602 Vector zero
3604 @end table
3606 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3607 @table @code
3608 @item a
3609 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3611 @item c
3612 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3614 @item d
3615 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3617 @item f
3618 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3620 @item A
3621 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3623 @item B
3624 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3626 @item C
3627 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3629 @item D
3630 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3632 @item I
3633 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3635 @item J
3636 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3638 @item K
3639 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3641 @item M
3642 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3644 @item N
3645 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3647 @item O
3648 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3650 @item P
3651 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3653 @item R
3654 Call operand, reg, for indirect calls
3656 @item S
3657 Call operand, symbol, for relative calls.
3659 @item T
3660 Call operand, const_int, for absolute calls.
3662 @item U
3663 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3665 @item W
3666 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3668 @item Y
3669 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3671 @item Z
3672 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3674 @end table
3676 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3677 @table @code
3678 @item a
3679 Register file A (A0--A31).
3681 @item b
3682 Register file B (B0--B31).
3684 @item A
3685 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3686 higher, A1 and A2 otherwise).
3688 @item B
3689 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3691 @item C
3692 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3694 @item Da
3695 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3696 plus A0 if not C64X or higher).
3698 @item Db
3699 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3701 @item Iu4
3702 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3704 @item Iu5
3705 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3707 @item In5
3708 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3710 @item Is5
3711 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3713 @item I5x
3714 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3716 @item IuB
3717 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3719 @item IsB
3720 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3722 @item IsC
3723 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3725 @item Jc
3726 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3728 @item Js
3729 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3731 @item Q
3732 Memory location with A base register.
3734 @item R
3735 Memory location with B base register.
3737 @ifset INTERNALS
3738 @item S0
3739 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3741 @item S1
3742 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3744 @item Si
3745 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3747 @item T
3748 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3750 @item W
3751 A memory operand with an address that cannot be used in an unaligned access.
3753 @end ifset
3754 @item Z
3755 Register B14 (aka DP).
3757 @end table
3759 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3760 @table @code
3761 @item R00
3762 @itemx R01
3763 @itemx R02
3764 @itemx R03
3765 @itemx R04
3766 @itemx R05
3767 @itemx R06
3768 @itemx R07
3769 @itemx R08
3770 @itemx R09
3771 @itemx R10
3772 Each of these represents a register constraint for an individual
3773 register, from r0 to r10.
3775 @item I
3776 Signed 8-bit integer constant.
3778 @item J
3779 Signed 16-bit integer constant.
3781 @item K
3782 Unsigned 16-bit integer constant.
3784 @item L
3785 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3786 (@minus{}129 @dots{} 126).
3788 @item m
3789 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3790 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3791 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3793 @smallexample
3794 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3795 @end smallexample
3797 @item M
3798 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3800 @item N
3801 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3803 @item O
3804 The integer zero constant.
3806 @item P
3807 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3809 @item Q
3810 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3811 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3813 @item S
3814 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3816 @item T
3817 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3819 @item U
3820 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3821 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3823 @item W
3824 An 8-element vector constant with identical elements.
3826 @item Y
3827 A 4-element vector constant with identical elements.
3829 @item Z0
3830 The integer constant 0xffffffff.
3832 @item Z1
3833 The integer constant 0xffffffff00000000.
3835 @end table
3837 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
3838 @table @code
3839 @item R00
3840 @itemx R01
3841 @itemx R02
3842 @itemx R03
3843 @itemx R04
3844 @itemx R05
3845 @itemx R06
3846 @itemx R07
3847 @itemx R08
3848 @itemx R09
3849 @itemx R10
3850 Each of these represents a register constraint for an individual
3851 register, from r0 to r10.
3853 @item I
3854 Signed 8-bit integer constant.
3856 @item J
3857 Signed 16-bit integer constant.
3859 @item K
3860 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
3862 @item L
3863 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3864 (@minus{}129 @dots{} 126).
3866 @item m
3867 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3868 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3869 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
3871 @smallexample
3872 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3873 @end smallexample
3875 @item M
3876 A bit mask suitable for the MM instruction.
3878 @item N
3879 Integer constant that is a byte tiled out four times.
3881 @item O
3882 The integer zero constant.
3884 @item P
3885 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
3887 @item Q
3888 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3889 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3891 @item T
3892 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
3893 reference.
3895 @item U
3896 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3897 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3899 @item W
3900 A 4-element vector constant with identical elements.
3902 @item Y
3903 A 2-element vector constant with identical elements.
3905 @end table
3907 @item Visium---@file{config/visium/constraints.md}
3908 @table @code
3909 @item b
3910 EAM register @code{mdb}
3912 @item c
3913 EAM register @code{mdc}
3915 @item f
3916 Floating point register
3918 @ifset INTERNALS
3919 @item k
3920 Register for sibcall optimization
3921 @end ifset
3923 @item l
3924 General register, but not @code{r29}, @code{r30} and @code{r31}
3926 @item t
3927 Register @code{r1}
3929 @item u
3930 Register @code{r2}
3932 @item v
3933 Register @code{r3}
3935 @item G
3936 Floating-point constant 0.0
3938 @item J
3939 Integer constant in the range 0 .. 65535 (16-bit immediate)
3941 @item K
3942 Integer constant in the range 1 .. 31 (5-bit immediate)
3944 @item L
3945 Integer constant in the range @minus{}65535 .. @minus{}1 (16-bit negative immediate)
3947 @item M
3948 Integer constant @minus{}1
3950 @item O
3951 Integer constant 0
3953 @item P
3954 Integer constant 32
3955 @end table
3957 @item x86 family---@file{config/i386/constraints.md}
3958 @table @code
3959 @item R
3960 Legacy register---the eight integer registers available on all
3961 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
3962 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
3964 @item q
3965 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
3966 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
3968 @item Q
3969 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
3970 @code{c}, and @code{d}.
3972 @ifset INTERNALS
3973 @item l
3974 Any register that can be used as the index in a base+index memory
3975 access: that is, any general register except the stack pointer.
3976 @end ifset
3978 @item a
3979 The @code{a} register.
3981 @item b
3982 The @code{b} register.
3984 @item c
3985 The @code{c} register.
3987 @item d
3988 The @code{d} register.
3990 @item S
3991 The @code{si} register.
3993 @item D
3994 The @code{di} register.
3996 @item A
3997 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
3998 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
3999 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
4000 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
4002 @smallexample
4003 unsigned long long rdtsc (void)
4005   unsigned long long tick;
4006   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
4007   return tick;
4009 @end smallexample
4011 This is not correct on x86-64 as it would allocate tick in either @code{ax}
4012 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
4014 @smallexample
4015 unsigned long long rdtsc (void)
4017   unsigned int tickl, tickh;
4018   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
4019   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
4021 @end smallexample
4023 @item U
4024 The call-clobbered integer registers.
4026 @item f
4027 Any 80387 floating-point (stack) register.
4029 @item t
4030 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
4032 @item u
4033 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
4035 @ifset INTERNALS
4036 @item Yk
4037 Any mask register that can be used as a predicate, i.e. @code{k1-k7}.
4039 @item k
4040 Any mask register.
4041 @end ifset
4043 @item y
4044 Any MMX register.
4046 @item x
4047 Any SSE register.
4049 @item v
4050 Any EVEX encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}).
4052 @ifset INTERNALS
4053 @item w
4054 Any bound register.
4055 @end ifset
4057 @item Yz
4058 First SSE register (@code{%xmm0}).
4060 @ifset INTERNALS
4061 @item Yi
4062 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
4064 @item Yj
4065 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves from vector registers are enabled.
4067 @item Ym
4068 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
4070 @item Yn
4071 Any MMX register, when inter-unit moves from vector registers are enabled.
4073 @item Yp
4074 Any integer register when @code{TARGET_PARTIAL_REG_STALL} is disabled.
4076 @item Ya
4077 Any integer register when zero extensions with @code{AND} are disabled.
4079 @item Yb
4080 Any register that can be used as the GOT base when calling@*
4081 @code{___tls_get_addr}: that is, any general register except @code{a}
4082 and @code{sp} registers, for @option{-fno-plt} if linker supports it.
4083 Otherwise, @code{b} register.
4085 @item Yf
4086 Any x87 register when 80387 floating-point arithmetic is enabled.
4088 @item Yr
4089 Lower SSE register when avoiding REX prefix and all SSE registers otherwise.
4091 @item Yv
4092 For AVX512VL, any EVEX-encodable SSE register (@code{%xmm0-%xmm31}),
4093 otherwise any SSE register.
4095 @item Yh
4096 Any EVEX-encodable SSE register, that has number factor of four.
4098 @item Bf
4099 Flags register operand.
4101 @item Bg
4102 GOT memory operand.
4104 @item Bm
4105 Vector memory operand.
4107 @item Bc
4108 Constant memory operand.
4110 @item Bn
4111 Memory operand without REX prefix.
4113 @item Bs
4114 Sibcall memory operand.
4116 @item Bw
4117 Call memory operand.
4119 @item Bz
4120 Constant call address operand.
4122 @item BC
4123 SSE constant -1 operand.
4124 @end ifset
4126 @item I
4127 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
4129 @item J
4130 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
4132 @item K
4133 Signed 8-bit integer constant.
4135 @item L
4136 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
4138 @item M
4139 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
4141 @item N
4142 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
4143 instructions).
4145 @ifset INTERNALS
4146 @item O
4147 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
4148 @end ifset
4150 @item G
4151 Standard 80387 floating point constant.
4153 @item C
4154 SSE constant zero operand.
4156 @item e
4157 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4158 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
4159 instructions).
4161 @item We
4162 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
4163 to fit that range (for sign-extending conversion operations that
4164 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4166 @item Wz
4167 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4168 to fit that range (for zero-extending conversion operations that
4169 require non-@code{VOIDmode} immediate operands).
4171 @item Wd
4172 128-bit integer constant where both the high and low 64-bit word
4173 satisfy the @code{e} constraint.
4175 @item Z
4176 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
4177 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
4178 instructions).
4180 @item Tv
4181 VSIB address operand.
4183 @item Ts
4184 Address operand without segment register.
4186 @item Ti
4187 MPX address operand without index.
4189 @item Tb
4190 MPX address operand without base.
4192 @end table
4194 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
4195 @table @code
4196 @item a
4197 Register r0.
4199 @item b
4200 Register r1.
4202 @item c
4203 Register r2.
4205 @item d
4206 Register r8.
4208 @item e
4209 Registers r0 through r7.
4211 @item t
4212 Registers r0 and r1.
4214 @item y
4215 The carry register.
4217 @item z
4218 Registers r8 and r9.
4220 @item I
4221 A constant between 0 and 3 inclusive.
4223 @item J
4224 A constant that has exactly one bit set.
4226 @item K
4227 A constant that has exactly one bit clear.
4229 @item L
4230 A constant between 0 and 255 inclusive.
4232 @item M
4233 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
4235 @item N
4236 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
4238 @item O
4239 A constant between 1 and 4 inclusive.
4241 @item P
4242 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
4244 @item Q
4245 A memory reference that is a stack push.
4247 @item R
4248 A memory reference that is a stack pop.
4250 @item S
4251 A memory reference that refers to a constant address of known value.
4253 @item T
4254 The register indicated by Rx (not implemented yet).
4256 @item U
4257 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
4259 @item Z
4260 The constant 0.
4262 @end table
4264 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4265 @table @code
4266 @item a
4267 General-purpose 32-bit register
4269 @item b
4270 One-bit boolean register
4272 @item A
4273 MAC16 40-bit accumulator register
4275 @item I
4276 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4278 @item J
4279 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4281 @item K
4282 Integer constant valid for BccI instructions
4284 @item L
4285 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4287 @end table
4289 @end table
4291 @ifset INTERNALS
4292 @node Disable Insn Alternatives
4293 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4294 @cindex enabled
4296 There are three insn attributes that may be used to selectively disable
4297 instruction alternatives:
4299 @table @code
4300 @item enabled
4301 Says whether an alternative is available on the current subtarget.
4303 @item preferred_for_size
4304 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4305 optimized for size.
4307 @item preferred_for_speed
4308 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4309 optimized for speed.
4310 @end table
4312 All these attributes should use @code{(const_int 1)} to allow an alternative
4313 or @code{(const_int 0)} to disallow it.  The attributes must be a static
4314 property of the subtarget; they cannot for example depend on the
4315 current operands, on the current optimization level, on the location
4316 of the insn within the body of a loop, on whether register allocation
4317 has finished, or on the current compiler pass.
4319 The @code{enabled} attribute is a correctness property.  It tells GCC to act
4320 as though the disabled alternatives were never defined in the first place.
4321 This is useful when adding new instructions to an existing pattern in
4322 cases where the new instructions are only available for certain cpu
4323 architecture levels (typically mapped to the @code{-march=} command-line
4324 option).
4326 In contrast, the @code{preferred_for_size} and @code{preferred_for_speed}
4327 attributes are strong optimization hints rather than correctness properties.
4328 @code{preferred_for_size} tells GCC which alternatives to consider when
4329 adding or modifying an instruction that GCC wants to optimize for size.
4330 @code{preferred_for_speed} does the same thing for speed.  Note that things
4331 like code motion can lead to cases where code optimized for size uses
4332 alternatives that are not preferred for size, and similarly for speed.
4334 Although @code{define_insn}s can in principle specify the @code{enabled}
4335 attribute directly, it is often clearer to have subsiduary attributes
4336 for each architectural feature of interest.  The @code{define_insn}s
4337 can then use these subsiduary attributes to say which alternatives
4338 require which features.  The example below does this for @code{cpu_facility}.
4340 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4341 attribute:
4343 @smallexample
4345 (define_insn "*movdi_old"
4346   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4347         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4348   "!TARGET_NEW"
4349   "lgr %0,%1")
4351 (define_insn "*movdi_new"
4352   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4353         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4354   "TARGET_NEW"
4355   "@@
4356    lgr  %0,%1
4357    ldgr %0,%1
4358    lgdr %0,%1")
4360 @end smallexample
4364 @smallexample
4366 (define_insn "*movdi_combined"
4367   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4368         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4369   ""
4370   "@@
4371    lgr  %0,%1
4372    ldgr %0,%1
4373    lgdr %0,%1"
4374   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4376 @end smallexample
4378 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4380 @smallexample
4382 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4384 (define_attr "enabled" ""
4385   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4386          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4387               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4388          (const_int 1)]
4389         (const_int 0)))
4391 @end smallexample
4393 @end ifset
4395 @ifset INTERNALS
4396 @node Define Constraints
4397 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4398 @cindex defining constraints
4399 @cindex constraints, defining
4401 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4402 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4403 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4404 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4406 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4407 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4408 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4409 must begin with a letter or underscore.
4411 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4412 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4413 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4414 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4415 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4416 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4418 Register constraints correspond directly to register classes.
4419 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4420 definitions.
4422 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4423 All three arguments are string constants.
4424 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4425 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4426 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4427 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4428 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4429 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4430 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4431 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4432 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4433 is not available on a given subarchitecture.
4435 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4436 constraint.  Docstrings are explained further below.
4437 @end deffn
4439 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4440 definition gives a boolean expression which indicates whether the
4441 constraint matches.
4443 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4444 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4445 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4446 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4447 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4448 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4449 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4450 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4451 might match, just like predicate expressions.
4453 @code{match_test} C expressions have access to the
4454 following variables:
4456 @table @var
4457 @item op
4458 The RTL object defining the operand.
4459 @item mode
4460 The machine mode of @var{op}.
4461 @item ival
4462 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4463 @item hval
4464 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4465 @code{const_double}.
4466 @item lval
4467 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4468 @code{const_double}.
4469 @item rval
4470 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4471 @code{const_double}.
4472 @end table
4474 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4475 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4476 object.
4477 @end deffn
4479 Most non-register constraints should be defined with
4480 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4481 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4482 by @code{reload} if they fail to match.
4484 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4485 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4486 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4487 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4488 base register (from the register class specified by
4489 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4491 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4492 memory references, but only those that do not make use of an index
4493 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4494 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4495 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4496 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4497 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4498 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4500 The syntax and semantics are otherwise identical to
4501 @code{define_constraint}.
4502 @end deffn
4504 @deffn {MD Expression} define_special_memory_constraint name docstring exp
4505 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4506 operands: that is, @code{reload} can not make them match by reloading
4507 the address as it is described for @code{define_memory_constraint} or
4508 such address reload is undesirable with the performance point of view.
4510 For example, @code{define_special_memory_constraint} can be useful if
4511 specifically aligned memory is necessary or desirable for some insn
4512 operand.
4514 The syntax and semantics are otherwise identical to
4515 @code{define_constraint}.
4516 @end deffn
4518 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4519 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4520 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4521 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4522 with @var{X} a base register.
4524 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4525 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4526 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4527 the generic @samp{p} constraint.
4529 The syntax and semantics are otherwise identical to
4530 @code{define_constraint}.
4531 @end deffn
4533 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4534 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4535 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4536 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4537 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4538 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4539 it correctly:
4541 @smallexample
4542 @group
4543 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4544   "@var{doc}@dots{}"
4545   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4546        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4547 @end group
4548 @end smallexample
4549 @c the semicolons line up in the formatted manual
4551 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4552 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4554 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4555 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4556 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4557 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4558 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4559 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4560 causes a reload failure.
4562 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4563 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4564 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4565 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4567 @node C Constraint Interface
4568 @subsection Testing constraints from C
4569 @cindex testing constraints
4570 @cindex constraints, testing
4572 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4573 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4574 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4575 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4576 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4578 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4579 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4580 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4581 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4582 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4584 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4585 @example
4586 @multitable {Original} {Mangled}
4587 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4588 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4589 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4590 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4591 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4592 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4593 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4594 @end multitable
4595 @end example
4597 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4598 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4599 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4600 a larger identifier).
4602 @deftp Enum constraint_num
4603 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4604 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4605 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4606 argument expect one of these constants.
4607 @end deftp
4609 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4610 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4611 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4612 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4613 before @file{tm_p.h}.
4614 @end deftypefun
4616 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4617 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4618 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4619 specifies a register constraint, this function will always return
4620 @code{false}.
4621 @end deftypefun
4623 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4624 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4625 a register constraint, or those registers are not available for the
4626 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4627 @end deftypefun
4629 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4630 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4631 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4632 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4633 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4634 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4635 definition from the i386 machine description.)
4637 @smallexample
4638 (define_peephole2
4639   [(match_scratch:SI 3 "r")
4640    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4641         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4642                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4644   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4646   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4647    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4649   "")
4650 @end smallexample
4652 @node Standard Names
4653 @section Standard Pattern Names For Generation
4654 @cindex standard pattern names
4655 @cindex pattern names
4656 @cindex names, pattern
4658 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4659 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4660 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4661 pattern to accomplish a certain task.
4663 @table @asis
4664 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4665 @item @samp{mov@var{m}}
4666 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4667 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4668 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4670 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4671 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4672 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4673 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4674 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4675 outside the target word are left unchanged.
4677 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4678 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4679 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4680 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4681 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4683 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4684 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4685 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4686 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4687 into a register.
4689 @findex force_reg
4690 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4691 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4692 registers other than the operands.  For example, if you support the
4693 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4694 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4695 function which might generate new pseudo registers.
4697 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4698 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4699 some temporary registers.
4701 @findex change_address
4702 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4703 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4704 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4705 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4706 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4707 an address into a valid address and no routine (such as
4708 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4709 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4711 @findex reload_in_progress
4712 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4713 declared if required) can be used to determine whether such special
4714 handling is required.
4716 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4717 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4718 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4719 machines explicit memory references will get optional reloads.
4721 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4722 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4724 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4725 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4727 @findex can_create_pseudo_p
4728 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4729 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4730 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4732 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4733 register to any other hard register provided that
4734 @code{TARGET_HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4735 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4736 of 2.
4738 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4739 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4740 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4741 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4742 point members.
4744 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4745 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4746 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4747 true.  If @code{TARGET_HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4748 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4749 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4750 reload into a floating point register.
4752 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4753 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4754 @item @samp{reload_in@var{m}}
4755 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4756 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4757 @code{secondary_reload}.
4759 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4760 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4761 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4762 macro in @pxref{Register Classes}.
4764 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4765 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4766 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4767 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4768 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4769 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4770 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4771 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4772 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4773 for these patterns.
4775 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4776 @item @samp{movstrict@var{m}}
4777 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4778 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4779 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4780 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4782 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4783 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4784 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4785 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4786 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4787 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4788 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4790 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4791 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4793 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4794 @item @samp{load_multiple}
4795 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4796 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4797 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4798 number of consecutive registers.
4800 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4801 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4802 registers from memory is to do them one at a time.
4804 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4805 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4806 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4807 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4808 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4810 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4811 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4812 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4813 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4814 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4816 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4817 @item @samp{store_multiple}
4818 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4819 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4820 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4821 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4823 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4824 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4825 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4826 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4827 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4828 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4829 of elements.  The operation is equivalent to:
4831 @smallexample
4832 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4833 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4834   for (i = 0; i < c; i++)
4835     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4836 @end smallexample
4838 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4839 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4840 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4842 This pattern can only be used if:
4843 @smallexample
4844 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4845 @end smallexample
4846 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4847 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4848 loads for vectors of mode @var{n}.
4850 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4852 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4853 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4854 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4855 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4856 equivalent to:
4858 @smallexample
4859 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4860 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4861   for (i = 0; i < c; i++)
4862     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4863 @end smallexample
4865 for a memory operand 0 and register operand 1.
4867 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4869 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4870 @item @samp{vec_set@var{m}}
4871 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4872 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4874 @cindex @code{vec_extract@var{m}@var{n}} instruction pattern
4875 @item @samp{vec_extract@var{m}@var{n}}
4876 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4877 specify field index and operand 0 place to store value into.  The
4878 @var{n} mode is the mode of the field or vector of fields that should be
4879 extracted, should be either element mode of the vector mode @var{m}, or
4880 a vector mode with the same element mode and smaller number of elements.
4881 If @var{n} is a vector mode, the index is counted in units of that mode.
4883 @cindex @code{vec_init@var{m}@var{n}} instruction pattern
4884 @item @samp{vec_init@var{m}@var{n}}
4885 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4886 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.  The
4887 @var{n} mode is the mode of the elements, should be either element mode of
4888 the vector mode @var{m}, or a vector mode with the same element mode and
4889 smaller number of elements.
4891 @cindex @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} instruction pattern
4892 @item @samp{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4893 Output a vector comparison.  Operand 0 of mode @var{n} is the destination for
4894 predicate in operand 1 which is a signed vector comparison with operands of
4895 mode @var{m} in operands 2 and 3.  Predicate is computed by element-wise
4896 evaluation of the vector comparison with a truth value of all-ones and a false
4897 value of all-zeros.
4899 @cindex @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4900 @item @samp{vec_cmpu@var{m}@var{n}}
4901 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform unsigned vector comparison.
4903 @cindex @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4904 @item @samp{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}
4905 Similar to @code{vec_cmp@var{m}@var{n}} but perform equality or non-equality
4906 vector comparison only.  If @code{vec_cmp@var{m}@var{n}}
4907 or @code{vec_cmpu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4908 it will be preferred over @code{vec_cmpeq@var{m}@var{n}}, so there is
4909 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4911 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4912 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4913 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4914 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4915 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a signed
4916 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4917 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4918 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4919 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4920 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4922 @cindex @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern
4923 @item @samp{vcondu@var{m}@var{n}}
4924 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs unsigned vector
4925 comparison.
4927 @cindex @code{vcondeq@var{m}@var{n}} instruction pattern
4928 @item @samp{vcondeq@var{m}@var{n}}
4929 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but performs equality or
4930 non-equality vector comparison only.  If @code{vcond@var{m}@var{n}}
4931 or @code{vcondu@var{m}@var{n}} instruction pattern is supported,
4932 it will be preferred over @code{vcondeq@var{m}@var{n}}, so there is
4933 no need to define this instruction pattern if the others are supported.
4935 @cindex @code{vcond_mask_@var{m}@var{n}} instruction pattern
4936 @item @samp{vcond_mask_@var{m}@var{n}}
4937 Similar to @code{vcond@var{m}@var{n}} but operand 3 holds a pre-computed
4938 result of vector comparison.
4940 @cindex @code{maskload@var{m}@var{n}} instruction pattern
4941 @item @samp{maskload@var{m}@var{n}}
4942 Perform a masked load of vector from memory operand 1 of mode @var{m}
4943 into register operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4944 mode @var{n}.
4946 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4948 @cindex @code{maskstore@var{m}@var{n}} instruction pattern
4949 @item @samp{maskstore@var{m}@var{n}}
4950 Perform a masked store of vector from register operand 1 of mode @var{m}
4951 into memory operand 0.  Mask is provided in register operand 2 of
4952 mode @var{n}.
4954 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
4956 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4957 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4958 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4959 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4960 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4961 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4963 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4964 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4965 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4966 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4967 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4969 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4970 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4971 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4972 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4973 mode @var{q}.
4975 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4976 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4977 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4978 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4980 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4981 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4982 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4983 specific constant permutation is available efficiently; the named
4984 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4986 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4987 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4988 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4990 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4991 @item @samp{push@var{m}1}
4992 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4993 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4994 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4995 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4996 method is deprecated.
4998 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4999 @item @samp{add@var{m}3}
5000 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
5001 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
5002 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
5004 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
5005 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
5006 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
5007 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
5008 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
5009 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
5010 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
5011 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
5012 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
5013 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
5014 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
5015 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
5016 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
5017 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
5018 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
5019 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
5020 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
5021 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
5022 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
5023 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
5024 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
5025 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
5026 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
5027 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
5028 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
5029 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
5030 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
5031 Similar, for other arithmetic operations.
5033 @cindex @code{addv@var{m}4} instruction pattern
5034 @item @samp{addv@var{m}4}
5035 Like @code{add@var{m}3} but takes a @code{code_label} as operand 3 and
5036 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the addition.
5037 This pattern is used to implement the built-in functions performing
5038 signed integer addition with overflow checking.
5040 @cindex @code{subv@var{m}4} instruction pattern
5041 @cindex @code{mulv@var{m}4} instruction pattern
5042 @item @samp{subv@var{m}4}, @samp{mulv@var{m}4}
5043 Similar, for other signed arithmetic operations.
5045 @cindex @code{uaddv@var{m}4} instruction pattern
5046 @item @samp{uaddv@var{m}4}
5047 Like @code{addv@var{m}4} but for unsigned addition.  That is to
5048 say, the operation is the same as signed addition but the jump
5049 is taken only on unsigned overflow.
5051 @cindex @code{usubv@var{m}4} instruction pattern
5052 @cindex @code{umulv@var{m}4} instruction pattern
5053 @item @samp{usubv@var{m}4}, @samp{umulv@var{m}4}
5054 Similar, for other unsigned arithmetic operations.
5056 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
5057 @item @samp{addptr@var{m}3}
5058 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
5059 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
5060 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
5061 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
5062 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
5063 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
5064 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
5065 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
5067 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
5068 @item @samp{fma@var{m}4}
5069 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
5070 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
5071 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
5072 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
5073 the ISO C99 standard.
5075 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
5076 @item @samp{fms@var{m}4}
5077 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
5078 product instead of added to the product.  This is represented
5079 in the rtl as
5081 @smallexample
5082 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5083 @end smallexample
5085 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
5086 @item @samp{fnma@var{m}4}
5087 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
5088 is negated before being added to operand 3.  This is represented
5089 in the rtl as
5091 @smallexample
5092 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
5093 @end smallexample
5095 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
5096 @item @samp{fnms@var{m}4}
5097 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
5098 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
5099 in the rtl as
5101 @smallexample
5102 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
5103 @end smallexample
5105 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
5106 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
5107 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
5108 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
5109 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
5110 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
5112 @cindex @code{fmin@var{m}3} instruction pattern
5113 @cindex @code{fmax@var{m}3} instruction pattern
5114 @item @samp{fmin@var{m}3}, @samp{fmax@var{m}3}
5115 IEEE-conformant minimum and maximum operations.  If one operand is a quiet
5116 @code{NaN}, then the other operand is returned.  If both operands are quiet
5117 @code{NaN}, then a quiet @code{NaN} is returned.  In the case when gcc supports
5118 signaling @code{NaN} (-fsignaling-nans) an invalid floating point exception is
5119 raised and a quiet @code{NaN} is returned.
5121 All operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5122 floating-point mode.  These patterns are not allowed to @code{FAIL}.
5124 @cindex @code{reduc_smin_scal_@var{m}} instruction pattern
5125 @cindex @code{reduc_smax_scal_@var{m}} instruction pattern
5126 @item @samp{reduc_smin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}
5127 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5128 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5129 the elements of the input vector.
5131 @cindex @code{reduc_umin_scal_@var{m}} instruction pattern
5132 @cindex @code{reduc_umax_scal_@var{m}} instruction pattern
5133 @item @samp{reduc_umin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}
5134 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
5135 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
5136 the elements of the input vector.
5138 @cindex @code{reduc_plus_scal_@var{m}} instruction pattern
5139 @item @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}
5140 Compute the sum of the elements of a vector. The vector is operand 1, and
5141 operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of the elements of
5142 the input vector.
5144 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
5145 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
5146 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
5147 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
5148 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
5149 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
5150 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
5151 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
5152 is of the same mode as operand 3.
5154 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
5155 @item @samp{ssad@var{m}}
5156 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
5157 @item @samp{usad@var{m}}
5158 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
5159 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
5160 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
5161 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
5162 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
5164 @cindex @code{widen_ssum@var{m3}} instruction pattern
5165 @item @samp{widen_ssum@var{m3}}
5166 @cindex @code{widen_usum@var{m3}} instruction pattern
5167 @itemx @samp{widen_usum@var{m3}}
5168 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
5169 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
5170 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
5171 of a wider mode.)
5173 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
5174 @item @samp{vec_shr_@var{m}}
5175 Whole vector right shift in bits, i.e. towards element 0.
5176 Operand 1 is a vector to be shifted.
5177 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
5178 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
5179 The output and input vectors should have the same modes.
5181 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
5182 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
5183 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
5184 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
5185 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
5186 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
5188 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
5189 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
5190 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
5191 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
5192 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
5193 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
5194 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
5195 saturating arithmetic.
5197 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5198 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
5199 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
5200 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
5201 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
5202 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
5203 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
5205 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
5206 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
5207 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
5208 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
5209 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
5210 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
5211 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
5212 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5214 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
5215 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
5216 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
5217 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
5218 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
5219 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
5220 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
5222 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5223 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5224 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
5225 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
5226 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
5227 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
5228 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
5229 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
5230 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
5231 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
5232 the output vector (operand 0).
5234 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
5235 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
5236 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
5237 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
5238 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
5239 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
5240 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
5241 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
5242 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
5243 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
5244 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
5245 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
5246 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
5247 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
5248 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
5249 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
5250 pair if it is less efficient than lo/hi one.
5252 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5253 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5254 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
5255 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
5256 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
5257 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
5258 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
5259 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
5260 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
5261 output vector (operand 0).
5263 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
5264 @item @samp{mulhisi3}
5265 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
5266 a @code{SImode} product in operand 0.
5268 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
5269 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
5270 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
5271 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
5273 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
5274 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
5275 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
5276 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
5277 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
5278 multiplication.
5280 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
5281 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
5282 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
5283 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
5284 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
5285 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
5286 multiplication.
5288 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5289 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
5290 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
5291 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
5292 The least significant half of the product is discarded.
5294 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
5295 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
5296 Similar, but the multiplication is unsigned.
5298 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5299 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
5300 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
5301 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5302 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5303 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5304 the size of @var{m}.
5306 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
5307 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
5309 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5311 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5312 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5313 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5314 operands instead of sign-extending them.
5316 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5317 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5318 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5319 signed-saturating.
5321 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5322 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5323 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5324 unsigned-saturating.
5326 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5327 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5328 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5329 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5330 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5331 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5332 the size of @var{m}.
5334 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5335 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5336 from operand 3.
5338 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5340 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5341 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5342 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5343 operands instead of sign-extending them.
5345 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5346 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5347 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5348 signed-saturating.
5350 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5351 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5352 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5353 unsigned-saturating.
5355 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5356 @item @samp{divmod@var{m}4}
5357 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5358 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5359 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5361 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5362 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5363 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5364 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5365 and remainder are computed.
5367 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5368 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5369 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5370 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5371 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5373 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5374 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5375 Similar, but does unsigned division.
5377 @anchor{shift patterns}
5378 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5379 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5380 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5381 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5382 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5383 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5384 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5385 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5386 mode before generating the instruction.  The shift or rotate expander
5387 or instruction pattern should explicitly specify the mode of the operand 2,
5388 it should never be @code{VOIDmode}.  The meaning of out-of-range shift
5389 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5390 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5392 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5393 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5394 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5395 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5396 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5397 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5398 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5400 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5401 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5402 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5403 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5404 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5405 @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}
5406 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5407 instead of a scalar type.
5409 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5410 @item @samp{bswap@var{m}2}
5411 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5413 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5414 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5415 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5416 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5417 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5419 @cindex @code{negv@var{m}3} instruction pattern
5420 @item @samp{negv@var{m}3}
5421 Like @code{neg@var{m}2} but takes a @code{code_label} as operand 2 and
5422 emits code to jump to it if signed overflow occurs during the negation.
5424 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5425 @item @samp{abs@var{m}2}
5426 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5428 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5429 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5430 Store the square root of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5431 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5433 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5435 @cindex @code{rsqrt@var{m}2} instruction pattern
5436 @item @samp{rsqrt@var{m}2}
5437 Store the reciprocal of the square root of operand 1 into operand 0.
5438 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5439 floating-point mode.
5441 On most architectures this pattern is only approximate, so either
5442 its C condition or the @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} hook should
5443 check for the appropriate math flags.  (Using the C condition is
5444 more direct, but using @code{TARGET_OPTAB_SUPPORTED_P} can be useful
5445 if a target-specific built-in also uses the @samp{rsqrt@var{m}2}
5446 pattern.)
5448 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5450 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5451 @item @samp{fmod@var{m}3}
5452 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5453 operand 0, rounded towards zero to an integer.  All operands have
5454 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5456 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5458 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5459 @item @samp{remainder@var{m}3}
5460 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5461 operand 0, rounded to the nearest integer.  All operands have
5462 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5464 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5466 @cindex @code{scalb@var{m}3} instruction pattern
5467 @item @samp{scalb@var{m}3}
5468 Raise @code{FLT_RADIX} to the power of operand 2, multiply it by
5469 operand 1, and store the result in operand 0.  All operands have
5470 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5472 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5474 @cindex @code{ldexp@var{m}3} instruction pattern
5475 @item @samp{ldexp@var{m}3}
5476 Raise 2 to the power of operand 2, multiply it by operand 1, and store
5477 the result in operand 0.  Operands 0 and 1 have mode @var{m}, which is
5478 a scalar or vector floating-point mode.  Operand 2's mode has
5479 the same number of elements as @var{m} and each element is wide
5480 enough to store an @code{int}.  The integers are signed.
5482 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5484 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5485 @item @samp{cos@var{m}2}
5486 Store the cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5487 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5489 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5491 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5492 @item @samp{sin@var{m}2}
5493 Store the sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5494 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5496 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5498 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5499 @item @samp{sincos@var{m}3}
5500 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5501 operand 2 into operand 1.  All operands have mode @var{m},
5502 which is a scalar or vector floating-point mode.
5504 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5505 implement this pattern as opposed to implementing individual
5506 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5507 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5508 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5509 left unused.
5511 @cindex @code{tan@var{m}2} instruction pattern
5512 @item @samp{tan@var{m}2}
5513 Store the tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5514 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5516 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5518 @cindex @code{asin@var{m}2} instruction pattern
5519 @item @samp{asin@var{m}2}
5520 Store the arc sine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5521 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5523 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5525 @cindex @code{acos@var{m}2} instruction pattern
5526 @item @samp{acos@var{m}2}
5527 Store the arc cosine of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5528 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5530 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5532 @cindex @code{atan@var{m}2} instruction pattern
5533 @item @samp{atan@var{m}2}
5534 Store the arc tangent of operand 1 into operand 0.  Both operands have
5535 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5537 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5539 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5540 @item @samp{exp@var{m}2}
5541 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1
5542 and store the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m},
5543 which is a scalar or vector floating-point mode.
5545 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5547 @cindex @code{expm1@var{m}2} instruction pattern
5548 @item @samp{expm1@var{m}2}
5549 Raise e (the base of natural logarithms) to the power of operand 1,
5550 subtract 1, and store the result in operand 0.  Both operands have
5551 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5553 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5554 accurate than a separate @code{exp@var{m}2} and @code{sub@var{m}3}
5555 would be.
5557 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5559 @cindex @code{exp10@var{m}2} instruction pattern
5560 @item @samp{exp10@var{m}2}
5561 Raise 10 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5562 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5563 floating-point mode.
5565 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5567 @cindex @code{exp2@var{m}2} instruction pattern
5568 @item @samp{exp2@var{m}2}
5569 Raise 2 to the power of operand 1 and store the result in operand 0.
5570 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5571 floating-point mode.
5573 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5575 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5576 @item @samp{log@var{m}2}
5577 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5578 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5580 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5582 @cindex @code{log1p@var{m}2} instruction pattern
5583 @item @samp{log1p@var{m}2}
5584 Add 1 to operand 1, compute the natural logarithm, and store
5585 the result in operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is
5586 a scalar or vector floating-point mode.
5588 For inputs close to zero, the pattern is expected to be more
5589 accurate than a separate @code{add@var{m}3} and @code{log@var{m}2}
5590 would be.
5592 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5594 @cindex @code{log10@var{m}2} instruction pattern
5595 @item @samp{log10@var{m}2}
5596 Store the base-10 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5597 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5599 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5601 @cindex @code{log2@var{m}2} instruction pattern
5602 @item @samp{log2@var{m}2}
5603 Store the base-2 logarithm of operand 1 into operand 0.  Both operands
5604 have mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5606 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5608 @cindex @code{logb@var{m}2} instruction pattern
5609 @item @samp{logb@var{m}2}
5610 Store the base-@code{FLT_RADIX} logarithm of operand 1 into operand 0.
5611 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5612 floating-point mode.
5614 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5616 @cindex @code{significand@var{m}2} instruction pattern
5617 @item @samp{significand@var{m}2}
5618 Store the significand of floating-point operand 1 in operand 0.
5619 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5620 floating-point mode.
5622 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5624 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5625 @item @samp{pow@var{m}3}
5626 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5627 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar
5628 or vector floating-point mode.
5630 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5632 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5633 @item @samp{atan2@var{m}3}
5634 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5635 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5636 determine the quadrant of the result.  All operands have mode
5637 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5639 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5641 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5642 @item @samp{floor@var{m}2}
5643 Store the largest integral value not greater than operand 1 in operand 0.
5644 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5645 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5646 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5647 operands; otherwise, it may not.
5649 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5651 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5652 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5653 Round operand 1 to an integer, towards zero, and store the result in
5654 operand 0.  Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5655 vector floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is
5656 in effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5657 operands; otherwise, it may not.
5659 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5661 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5662 @item @samp{round@var{m}2}
5663 Round operand 1 to the nearest integer, rounding away from zero in the
5664 event of a tie, and store the result in operand 0.  Both operands have
5665 mode @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.  If
5666 @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in effect, the ``inexact''
5667 exception may be raised for noninteger operands; otherwise, it may
5668 not.
5670 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5672 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5673 @item @samp{ceil@var{m}2}
5674 Store the smallest integral value not less than operand 1 in operand 0.
5675 Both operands have mode @var{m}, which is a scalar or vector
5676 floating-point mode.  If @option{-ffp-int-builtin-inexact} is in
5677 effect, the ``inexact'' exception may be raised for noninteger
5678 operands; otherwise, it may not.
5680 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5682 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5683 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5684 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5685 store the result in operand 0.  Do not raise an inexact condition when
5686 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5687 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5689 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5691 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5692 @item @samp{rint@var{m}2}
5693 Round operand 1 to an integer, using the current rounding mode, and
5694 store the result in operand 0.  Raise an inexact condition when
5695 the result is different from the argument.  Both operands have mode
5696 @var{m}, which is a scalar or vector floating-point mode.
5698 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5700 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5701 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5702 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5703 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5704 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5706 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5707 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5708 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5709 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5710 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5712 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5713 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5714 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5715 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5716 operand 0 (which has mode @var{n}).
5718 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5719 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5720 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5721 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5722 operand 0 (which has mode @var{n}).
5724 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5725 @item @samp{copysign@var{m}3}
5726 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5727 2 into operand 0.  All operands have mode @var{m}, which is a scalar or
5728 vector floating-point mode.
5730 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5732 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5733 @item @samp{ffs@var{m}2}
5734 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5735 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.
5737 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5738 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5739 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5740 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5741 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5742 operands must have mode @var{m}.
5744 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5746 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5747 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5748 Count leading redundant sign bits.
5749 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5750 at the most significant bit position.
5751 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5752 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5754 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5755 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5756 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5757 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5758 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5759 operands must have mode @var{m}.
5761 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5763 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5764 @item @samp{clz@var{m}2}
5765 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5766 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5767 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5768 the result is undefined or has a useful value.
5770 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5771 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5772 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5773 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5774 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5775 operands must have mode @var{m}.
5777 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5779 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5780 @item @samp{ctz@var{m}2}
5781 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5782 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5783 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5784 the result is undefined or has a useful value.
5786 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5787 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5788 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5789 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5790 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5791 operands must have mode @var{m}.
5793 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5795 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5796 @item @samp{popcount@var{m}2}
5797 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.
5799 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5800 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5801 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5802 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5803 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5804 operands must have mode @var{m}.
5806 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5808 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5809 @item @samp{parity@var{m}2}
5810 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5811 in operand 1 modulo 2.
5813 @var{m} is either a scalar or vector integer mode.  When it is a scalar,
5814 operand 1 has mode @var{m} but operand 0 can have whatever scalar
5815 integer mode is suitable for the target.  The compiler will insert
5816 conversion instructions as necessary (typically to convert the result
5817 to the same width as @code{int}).  When @var{m} is a vector, both
5818 operands must have mode @var{m}.
5820 This pattern is not allowed to @code{FAIL}.
5822 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5823 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5824 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5826 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5827 @item @samp{movmem@var{m}}
5828 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5829 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5830 address in mode @code{Pmode}.
5832 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5833 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5834 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5835 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5836 a pattern with a
5837 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5838 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5839 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5841 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5842 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5843 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5844 it may provide the value 4 for this operand.
5846 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5847 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5848 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5849 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5850 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5852 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5853 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5854 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5855 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5856 individually moved data units in the block.
5858 These patterns need not give special consideration to the possibility
5859 that the source and destination strings might overlap.
5861 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5862 @item @samp{movstr}
5863 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5864 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5865 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5866 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5867 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5868 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5870 This patern has also several optional operands that are same as in
5871 @code{setmem}.
5873 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5874 @item @samp{setmem@var{m}}
5875 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5876 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5877 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5878 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5879 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5880 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5882 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5883 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5884 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5885 operand.
5887 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5888 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5889 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5890 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5891 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5892 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5893 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5894 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5895 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5897 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5899 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5900 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5901 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5902 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5903 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5904 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5905 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5906 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5907 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5908 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5909 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5910 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5912 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5913 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5914 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5915 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5916 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5917 @code{Pmode}.
5919 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5920 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5921 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5922 it may provide the value 4 for this operand.
5924 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5925 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5926 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5927 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5928 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5929 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5930 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5931 result of the comparison.
5933 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5934 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5935 Block compare instruction, with five operands like the operands
5936 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5937 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5938 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5939 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5940 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5941 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5942 the result of the comparison.
5944 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5945 @item @samp{strlen@var{m}}
5946 Compute the length of a string, with three operands.
5947 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5948 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5949 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5950 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5951 of the beginning of the string.
5953 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5954 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5955 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5956 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5957 @var{n}).
5959 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5960 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5961 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5962 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5963 @var{n}).
5965 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5966 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5967 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5968 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5969 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5970 the value of operand 1 is an integer.
5972 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5973 define the @code{ftrunc} pattern.
5975 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5976 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5977 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5978 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5979 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5980 value of operand 1 is an integer.
5982 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5983 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5984 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5985 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5986 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
5988 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5989 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
5990 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
5991 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5993 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5994 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
5995 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
5996 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5998 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5999 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
6000 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6001 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6002 point or both floating point.
6004 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6005 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
6006 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6007 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6008 point or both floating point.
6010 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6011 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
6012 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
6013 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
6014 point.
6016 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6017 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
6018 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6019 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6020 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
6021 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
6022 or fixed-point to floating-point.
6023 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6025 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6026 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
6027 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6028 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6029 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
6030 or floating-point to fixed-point.
6031 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6032 results to the maximum or the minimum.
6034 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6035 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
6036 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
6037 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
6038 could be unsigned integer to fixed-point, or
6039 fixed-point to unsigned integer.
6040 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
6042 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
6043 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
6044 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
6045 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
6046 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
6047 results to the maximum or the minimum.
6049 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
6050 @item @samp{extv@var{m}}
6051 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
6052 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
6053 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
6054 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
6055 otherwise.
6057 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
6058 target-specific mode.
6060 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
6061 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
6062 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
6063 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
6064 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
6065 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6066 is true and from the least significant bit otherwise.
6068 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
6069 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
6071 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
6073 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
6074 @item @samp{extzv@var{m}}
6075 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
6077 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
6078 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
6079 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
6080 zero-extended.
6082 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
6083 @item @samp{insv@var{m}}
6084 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
6085 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
6086 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6087 is true and from the least significant bit otherwise.
6089 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
6090 target-specific mode.
6092 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
6093 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
6094 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
6095 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
6096 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
6097 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
6098 is true and from the least significant bit otherwise.
6100 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
6101 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
6103 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
6105 @cindex @code{extv} instruction pattern
6106 @item @samp{extv}
6107 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
6108 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
6109 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
6110 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
6111 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
6112 be valid for @code{word_mode}.
6114 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6115 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
6117 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
6118 before it is stored in operand 0.
6120 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
6121 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
6123 @cindex @code{extzv} instruction pattern
6124 @item @samp{extzv}
6125 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
6127 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
6128 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
6130 @cindex @code{insv} instruction pattern
6131 @item @samp{insv}
6132 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
6133 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
6134 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
6135 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
6136 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
6138 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
6139 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
6141 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
6142 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
6144 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
6145 @item @samp{mov@var{mode}cc}
6146 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
6147 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
6148 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6150 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
6151 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
6152 conditionally move an integer value based on the floating point condition
6153 codes and vice versa.
6155 If the machine does not have conditional move instructions, do not
6156 define these patterns.
6158 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
6159 @item @samp{add@var{mode}cc}
6160 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
6161 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
6162 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
6163 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
6165 @cindex @code{neg@var{mode}cc} instruction pattern
6166 @item @samp{neg@var{mode}cc}
6167 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional negation.  Conditionally
6168 move the negation of operand 2 or the unchanged operand 3 into operand 0
6169 according to the comparison in operand 1.  If the comparison is true, the negation
6170 of operand 2 is moved into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6172 @cindex @code{not@var{mode}cc} instruction pattern
6173 @item @samp{not@var{mode}cc}
6174 Similar to @samp{neg@var{mode}cc} but for conditional complement.
6175 Conditionally move the bitwise complement of operand 2 or the unchanged
6176 operand 3 into operand 0 according to the comparison in operand 1.
6177 If the comparison is true, the complement of operand 2 is moved into
6178 operand 0, otherwise operand 3 is moved.
6180 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
6181 @item @samp{cstore@var{mode}4}
6182 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
6183 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
6184 are the first and second operand of the comparison, respectively.
6185 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
6186 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
6187 mode you have used and supplies an operand of that mode.
6189 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
6190 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
6191 you should omit it from the machine description.  You describe to the
6192 compiler exactly which value is stored by defining the macro
6193 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
6194 found that can be used for all the possible comparison operators, you
6195 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
6196 onto the one you chose.
6198 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
6199 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
6200 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
6201 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
6202 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
6203 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
6205 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
6206 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
6207 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
6208 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
6209 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
6210 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
6211 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
6212 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
6213 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
6214 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
6215 from the machine description.
6217 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
6218 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
6219 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
6220 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
6221 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
6222 is the @code{code_label} to jump to.
6224 @cindex @code{jump} instruction pattern
6225 @item @samp{jump}
6226 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
6227 @code{code_label} to jump to.  This pattern name is mandatory on all
6228 machines.
6230 @cindex @code{call} instruction pattern
6231 @item @samp{call}
6232 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
6233 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
6234 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
6235 operands.
6237 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
6238 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
6239 to put this information into the assembler code; they can put it in
6240 the RTL instead of operand 1.
6242 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
6243 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
6244 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
6245 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
6246 instruction, the pattern for this operation should be a
6247 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
6248 address into a register and uses that register in the call instruction.
6250 @cindex @code{call_value} instruction pattern
6251 @item @samp{call_value}
6252 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
6253 register in which the value is returned.  There are three more
6254 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
6255 instruction (but with numbers increased by one).
6257 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
6258 insn.
6260 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
6261 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
6262 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
6263 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
6264 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
6265 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
6266 adjustment made to the frame pointer.
6268 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
6269 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
6270 can be eliminated, if desired.
6272 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
6273 @item @samp{untyped_call}
6274 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
6275 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
6276 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
6277 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6278 the saving of a function return value into the result block.
6280 This instruction pattern should be defined to support
6281 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
6282 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
6283 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
6284 multiple registers that can hold a return value
6285 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
6287 @cindex @code{return} instruction pattern
6288 @item @samp{return}
6289 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6290 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6291 from a function.
6293 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
6294 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
6295 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
6296 some class of functions only requires one instruction to implement a
6297 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
6298 to save any registers or allocate stack space.
6300 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
6301 @code{simple_return} if no epilogue is required.
6303 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
6304 @item @samp{simple_return}
6305 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
6306 defined only if a single instruction can do all the work of returning
6307 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
6308 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
6309 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
6310 prologue has not been executed, and a function return should occur without
6311 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
6312 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
6314 @findex reload_completed
6315 @findex leaf_function_p
6316 For such machines, the condition specified in this pattern should only
6317 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
6318 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
6319 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
6320 a register window push is required.
6322 Machines that have conditional return instructions should define patterns
6323 such as
6325 @smallexample
6326 (define_insn ""
6327   [(set (pc)
6328         (if_then_else (match_operator
6329                          0 "comparison_operator"
6330                          [(cc0) (const_int 0)])
6331                       (return)
6332                       (pc)))]
6333   "@var{condition}"
6334   "@dots{}")
6335 @end smallexample
6337 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
6338 named @samp{return} pattern.
6340 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
6341 @item @samp{untyped_return}
6342 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
6343 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
6344 instructions are needed to return a value of any type.
6346 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
6347 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
6348 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
6349 the restoring of a function return value from the result block.
6351 @cindex @code{nop} instruction pattern
6352 @item @samp{nop}
6353 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
6354 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
6355 RTL pattern.
6357 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
6358 @item @samp{indirect_jump}
6359 An instruction to jump to an address which is operand zero.
6360 This pattern name is mandatory on all machines.
6362 @cindex @code{casesi} instruction pattern
6363 @item @samp{casesi}
6364 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
6365 This instruction takes five operands:
6367 @enumerate
6368 @item
6369 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
6371 @item
6372 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
6374 @item
6375 The total range of indices in the table---the largest index
6376 minus the smallest one (both inclusive).
6378 @item
6379 A label that precedes the table itself.
6381 @item
6382 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
6383 @end enumerate
6385 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
6386 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
6387 difference between the upper bound and the lower bound.
6389 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
6390 @item @samp{tablejump}
6391 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
6392 capability which can be used to implement a dispatch table when there
6393 is no @samp{casesi} pattern.
6395 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
6396 which should immediately precede the jump table.  If the macro
6397 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
6398 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
6399 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
6400 mode @code{Pmode}.
6402 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
6403 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
6404 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
6405 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
6408 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
6409 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
6410 Conditional branch instruction that decrements a register and
6411 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6412 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6413 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
6415 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
6416 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
6417 reduction is enabled.
6419 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
6420 @item @samp{doloop_end}
6421 Conditional branch instruction that decrements a register and
6422 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
6423 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
6424 register is nonzero.
6425 @xref{Looping Patterns}.
6427 This optional instruction pattern should be defined for machines with
6428 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
6429 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
6430 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
6431 low-overhead loops can be used.
6433 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
6434 @item @samp{doloop_begin}
6435 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
6436 need to perform some initialization, such as loading a special counter
6437 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
6438 operand 0 is the register that it decrements.
6440 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
6441 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
6443 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
6444 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
6445 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
6446 into operand 0.
6448 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
6449 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
6450 and also has mode @code{Pmode}.
6452 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
6453 the address of the function which would be called if the function
6454 pointer were used in an indirect call.
6456 Only define this pattern if function pointers on the target machine
6457 can have different values but still call the same function when
6458 used in an indirect call.
6460 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
6461 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
6462 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
6463 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
6464 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
6465 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
6466 @item @samp{save_stack_block}
6467 @itemx @samp{save_stack_function}
6468 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
6469 @itemx @samp{restore_stack_block}
6470 @itemx @samp{restore_stack_function}
6471 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
6472 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
6473 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
6474 such machines.
6476 Some machines require special handling for stack pointer saves and
6477 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
6478 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
6479 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
6480 saves and restores are:
6482 @enumerate
6483 @item
6484 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6485 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6486 restores the stack pointer when the block is exited.
6488 @item
6489 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6490 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6491 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6492 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6493 restore sequence on some machines.
6495 @item
6496 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6497 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6498 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6499 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6500 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6501 and restoring additional data such as register window information or
6502 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6503 such required data.
6504 @end enumerate
6506 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6507 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6508 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6509 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6510 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6511 for a particular type of save (either because no save is needed or
6512 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6513 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6514 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6515 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6517 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6518 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6519 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6521 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6522 @item @samp{allocate_stack}
6523 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6524 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6526 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6527 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6528 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6529 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6530 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6531 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6532 stack is free.
6534 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6535 Some machines require other operations such as stack probes or
6536 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6537 operations in addition to updating the stack pointer.
6539 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6540 @item @samp{check_stack}
6541 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6542 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6543 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6544 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6545 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6546 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6548 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6549 @item @samp{probe_stack_address}
6550 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6551 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6552 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6553 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6555 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6556 @item @samp{probe_stack}
6557 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6558 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6559 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6560 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6561 in the stack that needs to be probed.
6563 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6564 @item @samp{nonlocal_goto}
6565 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6566 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6567 each representing a value to be used in the jump.  The first
6568 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6569 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6570 the third is the address of a location where the stack is saved,
6571 and the last is the address of the label, to be placed in the
6572 location for the incoming static chain.
6574 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6575 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6576 and static chain, restore the stack (using the
6577 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6578 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6579 not work on your machine.
6581 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6582 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6583 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6584 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6585 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6586 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6587 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6588 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6589 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6590 There are no arguments.
6592 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6593 @item @samp{exception_receiver}
6594 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6595 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6596 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6597 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6598 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6599 an exception.  There are no arguments.
6601 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6602 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6603 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6604 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6605 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6606 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6607 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6608 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6609 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6610 the first three are normally used by the generic mechanism.
6612 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6613 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6614 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6615 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6616 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6617 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6618 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6619 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6620 at a small offset from that label.
6622 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6623 @item @samp{builtin_longjmp}
6624 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6625 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6626 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6627 @code{jmp_buf}.
6629 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6630 @item @samp{eh_return}
6631 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6632 and thence the call frame exception handling library routines, are
6633 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6634 the abnormal return path.
6636 The address of the exception handler to which the function should return
6637 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6638 the pattern to some special register or memory location.
6639 If the pattern needs to determine the location of the target call
6640 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6641 if defined; it will have already been assigned.
6643 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6644 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6645 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6646 handling is to be used.
6648 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6649 @anchor{prologue instruction pattern}
6650 @item @samp{prologue}
6651 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6652 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6653 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6655 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6656 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6658 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6659 instruction scheduling.
6661 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6662 @anchor{window_save instruction pattern}
6663 @item @samp{window_save}
6664 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6665 be defined if the target machine has register windows but the window events
6666 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6667 architecture.
6669 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6670 @anchor{epilogue instruction pattern}
6671 @item @samp{epilogue}
6672 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6673 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6674 registers and emitting the return instruction.
6676 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6677 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6679 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6680 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6682 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6683 @item @samp{sibcall_epilogue}
6684 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6685 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6686 sibling call (aka tail call) sites.
6688 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6689 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6690 function.
6692 @cindex @code{trap} instruction pattern
6693 @item @samp{trap}
6694 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6695 kind of signal to be raised.
6697 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6698 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6699 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6700 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6701 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6703 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6705 @smallexample
6706 (define_insn "ctrapsi4"
6707   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6708              [(match_operand 1 "register_operand")
6709               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6710             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6711   ""
6712   "@dots{}")
6713 @end smallexample
6715 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6716 @item @samp{prefetch}
6717 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6718 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6719 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6720 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6721 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6722 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6723 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6724 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6725 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6727 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6728 the values of operands 1 and 2.
6730 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6731 @item @samp{blockage}
6732 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6733 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6734 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6735 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6737 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6738 @item @samp{memory_barrier}
6739 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6740 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6741 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6742 This pattern has no operands.
6744 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6745 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6746 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6747 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6748 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6749 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6750 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6751 of the operation; it should contain the contents of the memory
6752 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6753 a copy of operand 2.
6755 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6757 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6758 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6759 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6760 after the atomic operation.
6762 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6763 operation is available via the status flags, it is possible to
6764 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6765 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6766 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6767 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6768 description includes such a set, the target should also define special
6769 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6770 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6771 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6772 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6774 For targets where the operating system may provide support for this
6775 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6776 may be initialized to a function with the same interface as the
6777 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6778 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6779 target can initialize all of the optabs at once with
6780 @code{init_sync_libfuncs}.
6781 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6782 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6783 interruptable locking.
6785 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6786 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6787 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6788 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6789 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6790 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6791 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6792 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6793 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6794 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6795 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6796 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6798 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6799 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6800 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6801 after the atomic operation.
6803 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6804 from a compare-and-swap operation, if defined.
6806 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6807 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6808 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6809 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6810 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6811 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6812 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6813 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6814 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6815 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6816 and return the value that the memory contained before the operation.
6817 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6818 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6819 to the binary operator.
6821 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6822 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6823 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6824 after the atomic operation.
6826 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6827 from a compare-and-swap operation, if defined.
6829 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6830 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6831 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6832 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6833 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6834 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6835 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6836 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6837 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6838 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6839 except that they return the value that exists in the memory location
6840 after the operation, rather than before the operation.
6842 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6843 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6844 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6845 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6846 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6847 is the value to set in the lock.
6849 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6850 which the previous value in memory operand is copied into the result
6851 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6853 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6854 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6855 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6856 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6857 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6859 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6860 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6861 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6863 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6864 a compare-and-swap operation, if defined.
6866 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6867 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6868 This pattern, if defined, releases a lock set by
6869 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6870 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6872 If the target doesn't implement full semantics for
6873 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6874 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6875 of the memory operand are implementation defined.
6877 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6878 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6879 released only after all previous memory operations have completed.
6881 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6882 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6884 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6885 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6886 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6887 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6888 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6889 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6890 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6891 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6892 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6893 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6894 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6895 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6896 if the operation fails.
6898 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6899 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6900 the memory model in operand 6 is issued.  
6902 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6903 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6905 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6906 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6907 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6909 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6910 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6911 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6913 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6914 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6915 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6916 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6917 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6918 the load operation.
6920 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6921 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6922 operation if a normal load would not be atomic.
6924 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6925 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6926 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6927 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6928 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6929 the operation.
6931 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6932 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6933 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6934 attempted with the result being ignored.
6936 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6937 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6938 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6939 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6940 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6941 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6942 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6944 If this pattern is not present, the built-in function
6945 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6946 compare and swap loop.
6948 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6949 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6950 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6951 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6952 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6953 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6954 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6955 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6956 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6957 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6958 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6959 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6960 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6962 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6963 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6964 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6966 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6967 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6968 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6969 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6970 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6971 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6972 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6973 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6974 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6975 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6976 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6977 operand which contains the value of the memory location before the 
6978 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
6979 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
6980 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6982 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6983 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
6984 loop will be used.
6986 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
6987 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
6988 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
6989 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
6990 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
6991 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
6992 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
6993 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
6994 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
6995 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6996 model semantics and return the result after the operation is performed.
6997 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
6998 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6999 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
7000 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
7002 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
7003 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
7004 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
7005 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
7006 used.
7008 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
7009 @item @samp{atomic_test_and_set}
7010 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
7011 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
7012 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
7013 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
7014 model to be used.
7016 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
7017 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
7018 instruction.
7020 @cindex @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
7021 @cindex @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}} instruction pattern
7022 @cindex @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} instruction pattern
7023 @item @samp{atomic_bit_test_and_set@var{mode}}
7024 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7025 @itemx @samp{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}}
7026 These patterns emit code for an atomic bitwise operation on memory with memory
7027 model semantics, and return the original value of the specified bit.
7028 Operand 0 is an output operand which contains the value of the specified bit
7029 from the memory location before the operation was performed.  Operand 1 is the
7030 memory on which the atomic operation is performed.  Operand 2 is the bit within
7031 the operand, starting with least significant bit.  Operand 3 is the memory model
7032 to be used by the operation.  Operand 4 is a flag - it is @code{const1_rtx}
7033 if operand 0 should contain the original value of the specified bit in the
7034 least significant bit of the operand, and @code{const0_rtx} if the bit should
7035 be in its original position in the operand.
7036 @code{atomic_bit_test_and_set@var{mode}} atomically sets the specified bit after
7037 remembering its original value, @code{atomic_bit_test_and_complement@var{mode}}
7038 inverts the specified bit and @code{atomic_bit_test_and_reset@var{mode}} clears
7039 the specified bit.
7041 If these patterns are not defined, attempts will be made to use
7042 @code{atomic_fetch_or@var{mode}}, @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} or
7043 @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction patterns, or their @code{sync}
7044 counterparts.  If none of these are available a compare-and-swap
7045 loop will be used.
7047 @cindex @code{mem_thread_fence} instruction pattern
7048 @item @samp{mem_thread_fence}
7049 This pattern emits code required to implement a thread fence with
7050 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
7052 For the @code{__ATOMIC_RELAXED} model no instructions need to be issued
7053 and this expansion is not invoked.
7055 The compiler always emits a compiler memory barrier regardless of what
7056 expanding this pattern produced.
7058 If this pattern is not defined, the compiler falls back to expanding the
7059 @code{memory_barrier} pattern, then to emitting @code{__sync_synchronize}
7060 library call, and finally to just placing a compiler memory barrier.
7062 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7063 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
7064 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
7065 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
7066 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
7067 these are only needed if the target needs to support the
7068 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
7069 builtins.
7071 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
7072 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
7074 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
7075 @item @samp{stack_protect_set}
7076 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
7077 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
7078 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
7079 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
7080 having clobbered it.
7082 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
7084 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
7085 @item @samp{stack_protect_test}
7086 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
7087 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
7088 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
7089 were equal.
7091 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
7092 conditional branch pattern is used.
7094 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
7095 @item @samp{clear_cache}
7096 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
7097 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
7098 inclusive and operand 1 exclusive.
7100 If this pattern is not defined, a call to the library function
7101 @code{__clear_cache} is used.
7103 @end table
7105 @end ifset
7106 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
7107 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
7108 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
7109 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
7110 @ifset INTERNALS
7111 @node Pattern Ordering
7112 @section When the Order of Patterns Matters
7113 @cindex Pattern Ordering
7114 @cindex Ordering of Patterns
7116 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
7117 pattern that appears first in the machine description is the one used.
7118 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
7119 and faster instructions (those that will produce better code when they
7120 do match) should usually go first in the description.
7122 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
7123 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
7124 instruction for converting a fullword to floating point and another
7125 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
7126 an integer to floating point could match either one.  We put the
7127 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
7128 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
7129 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
7130 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
7131 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
7132 constant value.
7134 @end ifset
7135 @ifset INTERNALS
7136 @node Dependent Patterns
7137 @section Interdependence of Patterns
7138 @cindex Dependent Patterns
7139 @cindex Interdependence of Patterns
7141 In some cases machines support instructions identical except for the
7142 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
7143 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
7144 patterns are
7146 @smallexample
7147 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7148      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
7150 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
7151      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
7152 @end smallexample
7154 @noindent
7155 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
7156 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
7157 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
7158 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
7159 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
7160 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
7162 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
7163 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
7164 compilations.
7166 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
7167 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
7168 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
7169 you should not provide separate patterns for increment and decrement
7170 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
7171 that supports register-register add insns by examining the operands and
7172 generating the appropriate machine instruction.
7174 @end ifset
7175 @ifset INTERNALS
7176 @node Jump Patterns
7177 @section Defining Jump Instruction Patterns
7178 @cindex jump instruction patterns
7179 @cindex defining jump instruction patterns
7181 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
7182 The machine description should define a single pattern, usually
7183 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
7185 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
7186 and a separate branch insn testing the condition code and branching
7187 or not according to its value.  For many machines, however,
7188 separating compares and branches is limiting, which is why the
7189 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
7190 The machine description becomes clearer for architectures that
7191 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
7192 works better when different sets of comparison operators are supported
7193 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
7194 or by conditional branches with respect to conditional stores.
7196 Two separate insns are always used if the machine description represents
7197 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
7198 and on most machines that use a separate condition code register
7199 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
7200 fact, the set and use of the condition code must be separate and
7201 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
7202 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
7203 so that the comparison and branch insns could be located from each other
7204 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
7206 Even in this case having a single entry point for conditional branches
7207 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
7208 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
7209 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
7210 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
7211 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
7212 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
7214 @end ifset
7215 @ifset INTERNALS
7216 @node Looping Patterns
7217 @section Defining Looping Instruction Patterns
7218 @cindex looping instruction patterns
7219 @cindex defining looping instruction patterns
7221 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
7222 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
7223 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
7224 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
7225 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
7226 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
7227 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
7228 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
7229 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
7230 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
7231 the jump.
7233 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
7234 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
7235 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
7236 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
7237 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
7238 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
7239 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
7240 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
7241 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
7242 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
7243 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
7244 following for its @code{dbra} instruction:
7246 @smallexample
7247 @group
7248 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7249   [(set (pc)
7250         (if_then_else
7251           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7252                        (const_int -1))
7253               (const_int 0))
7254           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7255           (pc)))
7256    (set (match_dup 0)
7257         (plus:SI (match_dup 0)
7258                  (const_int -1)))]
7259   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7260   "@dots{}")
7261 @end group
7262 @end smallexample
7264 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
7265 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
7266 since this insn is generated by the instruction combination phase
7267 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
7268 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
7269 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
7270 pattern will not be matched by the combiner.
7272 @smallexample
7273 @group
7274 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
7275   [(set (pc)
7276         (if_then_else
7277           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
7278               (const_int 1))
7279           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
7280           (pc)))
7281    (set (match_dup 0)
7282         (plus:SI (match_dup 0)
7283                  (const_int -1)))]
7284   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
7285   "@dots{}")
7286 @end group
7287 @end smallexample
7289 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
7290 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
7291 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
7292 information collected during strength reduction.
7294 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
7295 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
7296 is an optional companion pattern that can be used for initialization
7297 needed for some low-overhead looping instructions.
7299 Note that some machines require the actual looping instruction to be
7300 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
7301 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
7302 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
7303 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
7304 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
7305 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
7306 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
7307 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
7308 desired special iteration counter register was not allocated, this
7309 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
7310 instruction pair.
7312 The essential difference between the
7313 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
7314 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
7315 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
7316 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
7317 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
7318 may become redundant and removed by the flow pass.
7321 @end ifset
7322 @ifset INTERNALS
7323 @node Insn Canonicalizations
7324 @section Canonicalization of Instructions
7325 @cindex canonicalization of instructions
7326 @cindex insn canonicalization
7328 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
7329 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
7330 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
7331 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
7332 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
7333 number of insn patterns required.
7335 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
7336 are performed:
7338 @itemize @bullet
7339 @item
7340 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
7341 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
7342 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
7343 be supplied.
7345 @item
7346 For associative operators, a sequence of operators will always chain
7347 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
7348 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
7349 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
7350 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
7351 floating-point.
7353 @item
7354 @cindex @code{neg}, canonicalization of
7355 @cindex @code{not}, canonicalization of
7356 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7357 @cindex @code{plus}, canonicalization of
7358 @cindex @code{minus}, canonicalization of
7359 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
7360 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
7361 first operand.
7363 @item
7364 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
7365 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
7366 the operations as far as possible.  For instance,
7367 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
7368 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
7369 @code{(minus A (mult B C))}.
7371 @cindex @code{compare}, canonicalization of
7372 @item
7373 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
7374 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
7376 @item
7377 For instructions that inherently set a condition code register, the
7378 @code{compare} operator is always written as the first RTL expression of
7379 the @code{parallel} instruction pattern.  For example,
7381 @smallexample
7382 (define_insn ""
7383   [(set (reg:CCZ FLAGS_REG)
7384         (compare:CCZ
7385           (plus:SI
7386             (match_operand:SI 1 "register_operand" "%r")
7387             (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))
7388           (const_int 0)))
7389    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7390         (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7391   ""
7392   "addl %0, %1, %2")
7393 @end smallexample
7395 @item
7396 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
7397 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
7398 above.
7400 @item
7401 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
7402 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
7403 of @code{ltu}.
7405 @item
7406 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
7407 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
7409 @item
7410 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
7411 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
7413 @cindex @code{ior}, canonicalization of
7414 @cindex @code{and}, canonicalization of
7415 @cindex De Morgan's law
7416 @item
7417 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
7418 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
7419 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
7421 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
7422 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
7423 for that instruction as
7425 @smallexample
7426 (define_insn ""
7427   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7428         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7429                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
7430   "@dots{}"
7431   "@dots{}")
7432 @end smallexample
7434 @noindent
7435 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
7437 @smallexample
7438 (define_insn ""
7439   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
7440         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
7441                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
7442   "@dots{}"
7443   "@dots{}")
7444 @end smallexample
7446 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
7447 logically equivalent RTL expressions.
7449 @cindex @code{xor}, canonicalization of
7450 @item
7451 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
7452 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
7453 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
7455 @item
7456 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
7457 the form
7459 @smallexample
7460 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
7461 @end smallexample
7463 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
7464 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
7465 @item
7466 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
7467 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
7468 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
7470 @cindex @code{mult}, canonicalization of
7471 @item
7472 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
7473 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
7474 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
7475 for @code{zero_extend}.
7477 @item
7478 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
7479 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
7480 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
7481 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
7482 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
7483 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
7484 This transformation is only applied when it can be proven that the
7485 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
7487 @end itemize
7489 Further canonicalization rules are defined in the function
7490 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
7492 @end ifset
7493 @ifset INTERNALS
7494 @node Expander Definitions
7495 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
7496 @cindex expander definitions
7497 @cindex code generation RTL sequences
7498 @cindex defining RTL sequences for code generation
7500 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
7501 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
7502 represent them.  For these target machines, you can write a
7503 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
7505 @findex define_expand
7506 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
7507 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
7508 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
7510 A @code{define_expand} RTX has four operands:
7512 @itemize @bullet
7513 @item
7514 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
7515 use for it is to refer to it by name.
7517 @item
7518 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
7519 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
7520 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7522 @item
7523 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7524 used to express how the availability of this pattern depends on
7525 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7526 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7527 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7528 depend on the data in the insn being matched, but only the
7529 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7530 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7531 are available in a particular run.
7533 @item
7534 The preparation statements, a string containing zero or more C
7535 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7536 the RTL template.
7538 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7539 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7540 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7541 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7543 @item
7544 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7545 Attributes}.
7546 @end itemize
7548 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7549 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7550 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7553 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7554 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7555 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7557 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7558 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7559 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7560 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7561 information to preload the operand into a register if that is required for
7562 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7563 references should use @code{match_dup}.
7565 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7566 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7567 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7568 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7569 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7570 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7571 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7572 compute the values and store them into the appropriate elements of
7573 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7575 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7576 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7577 as a statement.
7579 @table @code
7581 @findex DONE
7582 @item DONE
7583 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7584 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7585 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7586 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7588 @findex FAIL
7589 @item FAIL
7590 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7591 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7592 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7594 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7595 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7596 operations.
7597 @end table
7599 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7600 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7601 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7602 insn.
7604 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7605 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7606 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7607 list of operands, such as this example:
7609 @smallexample
7610 @group
7611 (define_expand "addsi3"
7612   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7613    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7614    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7615 @end group
7616 @group
7617   ""
7618   "
7620   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7621   DONE;
7622 @}")
7623 @end group
7624 @end smallexample
7626 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7628 @smallexample
7629 @group
7630 (define_expand "ashlsi3"
7631   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7632         (ashift:SI
7633 @end group
7634 @group
7635           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7636           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7637   ""
7638   "
7639 @end group
7640 @end smallexample
7642 @smallexample
7643 @group
7645   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7646       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7647     FAIL;
7648 @}")
7649 @end group
7650 @end smallexample
7652 @noindent
7653 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7654 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7655 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7656 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7657 library call).
7659 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7660 patterns with names, then it would be possible to use a
7661 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7662 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7664 @smallexample
7665 (define_expand "zero_extendhisi2"
7666   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7667         (const_int 0))
7668    (set (strict_low_part
7669           (subreg:HI
7670             (match_dup 0)
7671             0))
7672         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7673   ""
7674   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7675 @end smallexample
7677 @noindent
7678 @findex make_safe_from
7679 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7680 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7681 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7682 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7683 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7684 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7685 by emitting another RTL insn.
7687 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7688 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7689 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7690 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7691 on this machine.  So it must be copied into a register with
7692 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7694 @smallexample
7695 (define_expand "zero_extendhisi2"
7696   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7697         (and:SI (subreg:SI
7698                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7699                   0)
7700                 (match_dup 2)))]
7701   ""
7702   "operands[2]
7703      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7704 @end smallexample
7706 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7707 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7708 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7709 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7710 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7711 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7712 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7713 in the compiler.
7715 @end ifset
7716 @ifset INTERNALS
7717 @node Insn Splitting
7718 @section Defining How to Split Instructions
7719 @cindex insn splitting
7720 @cindex instruction splitting
7721 @cindex splitting instructions
7723 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7724 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7725 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7726 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7727 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7728 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7729 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7730 cannot be placed into a delay slot.
7732 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7733 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7734 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7735 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7736 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7737 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7738 scheduling.
7740 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7741 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7742 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7743 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7744 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7745 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7746 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7747 split the addition into two insns is machine-dependent.
7749 @findex define_split
7750 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7751 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7753 @smallexample
7754 (define_split
7755   [@var{insn-pattern}]
7756   "@var{condition}"
7757   [@var{new-insn-pattern-1}
7758    @var{new-insn-pattern-2}
7759    @dots{}]
7760   "@var{preparation-statements}")
7761 @end smallexample
7763 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7764 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7765 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7766 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7767 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7768 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7770 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7771 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7772 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7773 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7774 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7775 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7776 must not allocate any space in the stack frame.
7778 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7779 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7780 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7781 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7782 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7783 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7784 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7785 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7786 of those definitions.
7788 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7789 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7790 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7792 @smallexample
7793 (define_split
7794   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7795         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7796   ""
7797   [(set (match_dup 0)
7798         (ashift:SI (match_dup 1)
7799                    (const_int 16)))
7800    (set (match_dup 0)
7801         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7802                      (const_int 16)))]
7803   "
7804 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7805 @end smallexample
7807 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7808 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7809 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7810 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7811 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7812 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7813 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7814 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7815 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7816 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7818 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7819 @file{rs6000.md}:
7821 @smallexample
7822 (define_split
7823   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7824         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7825                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7826   ""
7827   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7828    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7831   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7832   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7834   if (low & 0x8000)
7835     high++, low |= 0xffff0000;
7837   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7838   operands[4] = GEN_INT (low);
7839 @}")
7840 @end smallexample
7842 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7843 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7844 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7845 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7847 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7848 an equality comparison of a register and a large constant:
7850 @smallexample
7851 (define_split
7852   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7853         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7854                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7855    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7856   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7857    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7858        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7859   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7860    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7861   "
7863   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7864      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7865      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7867   int c = INTVAL (operands[2]);
7868   int sextc = (c << 16) >> 16;
7869   int xorv = c ^ sextc;
7871   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7872   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7873 @}")
7874 @end smallexample
7876 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7877 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7878 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7879 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7880 are not valid.
7882 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7883 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7884 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
7885 several restriction apply.
7887 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7888 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7889 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7890 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7891 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7892 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7893 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7894 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7895 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7896 forward jumps to the newly created labels.
7898 @findex define_insn_and_split
7899 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7900 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7901 this:
7903 @smallexample
7904 (define_insn_and_split
7905   [@var{insn-pattern}]
7906   "@var{condition}"
7907   "@var{output-template}"
7908   "@var{split-condition}"
7909   [@var{new-insn-pattern-1}
7910    @var{new-insn-pattern-2}
7911    @dots{}]
7912   "@var{preparation-statements}"
7913   [@var{insn-attributes}])
7915 @end smallexample
7917 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7918 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7919 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7920 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7921 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7922 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7923 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7924 from i386.md:
7926 @smallexample
7927 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7928   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7929      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7930    (clobber (reg:CC 17))]
7931   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7932   "#"
7933   "&& reload_completed"
7934   [(parallel [(set (match_dup 0)
7935                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7936               (clobber (reg:CC 17))])]
7937   ""
7938   [(set_attr "type" "alu1")])
7940 @end smallexample
7942 In this case, the actual split condition will be
7943 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7945 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7946 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7947 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7948 having to ensure the two patterns' templates match.
7950 @end ifset
7951 @ifset INTERNALS
7952 @node Including Patterns
7953 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7954 @cindex insn includes
7956 @findex include
7957 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7958 look for patterns that are in files other than in the file
7959 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7961 It looks like:
7963 @smallexample
7965 (include
7966   @var{pathname})
7967 @end smallexample
7969 For example:
7971 @smallexample
7973 (include "filestuff")
7975 @end smallexample
7977 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7978 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
7979 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
7982 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
7983 and placed into subdirectories.
7985 By specifying:
7987 @smallexample
7989 (include "BOGUS/filestuff")
7991 @end smallexample
7993 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
7995 Specifying an absolute path for the include file such as;
7996 @smallexample
7998 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
8000 @end smallexample
8001 is permitted but is not encouraged.
8003 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
8004 @cindex directory options .md
8005 @cindex options, directory search
8006 @cindex search options
8008 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
8009 For example:
8011 @smallexample
8013 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
8015 @end smallexample
8018 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
8019 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
8020 file, substituting your own version, since these directories are
8021 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
8022 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
8023 order; the standard default directory come after.
8026 @end ifset
8027 @ifset INTERNALS
8028 @node Peephole Definitions
8029 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
8030 @cindex peephole optimizer definitions
8031 @cindex defining peephole optimizers
8033 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
8034 definitions of machine-specific peephole optimizations.
8036 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
8037 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
8038 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
8039 though the second one does not appear to use a register computed in the
8040 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
8041 opportunities.
8043 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
8044 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
8045 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
8046 is deprecated.
8048 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
8049 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
8050 but before scheduling, which may result in much better code for
8051 targets that do scheduling.
8053 @menu
8054 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
8055 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
8056 @end menu
8058 @end ifset
8059 @ifset INTERNALS
8060 @node define_peephole
8061 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
8062 @findex define_peephole
8064 @need 1000
8065 A definition looks like this:
8067 @smallexample
8068 (define_peephole
8069   [@var{insn-pattern-1}
8070    @var{insn-pattern-2}
8071    @dots{}]
8072   "@var{condition}"
8073   "@var{template}"
8074   "@var{optional-insn-attributes}")
8075 @end smallexample
8077 @noindent
8078 The last string operand may be omitted if you are not using any
8079 machine-specific information in this machine description.  If present,
8080 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
8082 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
8083 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
8084 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
8085 the next, and so on.
8087 Each of the insns matched by a peephole must also match a
8088 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
8089 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
8090 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
8091 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
8092 stages.
8094 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
8095 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
8096 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
8097 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
8098 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
8099 other.
8101 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
8102 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
8103 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
8104 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
8105 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
8107 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
8108 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
8109 previously tested.
8111 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
8112 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
8113 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
8114 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
8115 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
8116 patterns.
8118 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
8119 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
8120 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
8121 the operands.
8123 @findex prev_active_insn
8124 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
8125 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
8126 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
8127 to refer to the last of the insns being matched; use
8128 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
8130 @findex dead_or_set_p
8131 When optimizing computations with intermediate results, you can use
8132 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
8133 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
8134 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
8135 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
8136 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
8137 value (from @code{operands[@var{i}]}).
8139 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
8140 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
8141 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
8142 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
8143 used in matching the original sequence of insns.
8145 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
8146 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
8147 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
8148 as the insn pattern to control how the insn is output.
8150 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
8151 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
8153 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
8155 @smallexample
8156 (define_peephole
8157   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
8158    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
8159         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
8160   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
8162   rtx xoperands[2];
8163   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
8164 #ifdef MOTOROLA
8165   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
8166   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
8167   return "fmove.d (sp)+,%0";
8168 #else
8169   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
8170   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
8171   return "fmoved sp@@+,%0";
8172 #endif
8174 @end smallexample
8176 @need 1000
8177 The effect of this optimization is to change
8179 @smallexample
8180 @group
8181 jbsr _foobar
8182 addql #4,sp
8183 movel d1,sp@@-
8184 movel d0,sp@@-
8185 fmoved sp@@+,fp0
8186 @end group
8187 @end smallexample
8189 @noindent
8190 into
8192 @smallexample
8193 @group
8194 jbsr _foobar
8195 movel d1,sp@@
8196 movel d0,sp@@-
8197 fmoved sp@@+,fp0
8198 @end group
8199 @end smallexample
8201 @ignore
8202 @findex CC_REVERSED
8203 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
8204 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
8205 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
8206 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
8207 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
8208 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
8209 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
8210 and in this C code check the condition code status flags and change the
8211 assembler code as appropriate.
8212 @end ignore
8214 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
8215 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
8216 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
8217 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
8218 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
8219 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
8220 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
8221 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
8222 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
8224 @smallexample
8225 (define_insn "divmodsi4"
8226   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8227         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8228                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8229    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8230         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
8231   "TARGET_68020"
8232   "divsl%.l %2,%3:%0")
8233 @end smallexample
8235 @noindent
8236 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
8238 @smallexample
8239 (define_peephole
8240   [@dots{}
8241    (parallel
8242     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
8243           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
8244                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
8245      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
8246           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
8247    @dots{}]
8248   @dots{})
8249 @end smallexample
8251 @end ifset
8252 @ifset INTERNALS
8253 @node define_peephole2
8254 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
8255 @findex define_peephole2
8257 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
8258 substitute one sequence of instructions for another sequence,
8259 what additional scratch registers may be needed and what their
8260 lifetimes must be.
8262 @smallexample
8263 (define_peephole2
8264   [@var{insn-pattern-1}
8265    @var{insn-pattern-2}
8266    @dots{}]
8267   "@var{condition}"
8268   [@var{new-insn-pattern-1}
8269    @var{new-insn-pattern-2}
8270    @dots{}]
8271   "@var{preparation-statements}")
8272 @end smallexample
8274 The definition is almost identical to @code{define_split}
8275 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
8276 single instruction, but a sequence of instructions.
8278 It is possible to request additional scratch registers for use in the
8279 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
8280 will simply not match.
8282 @findex match_scratch
8283 @findex match_dup
8284 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
8285 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
8286 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
8287 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
8288 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
8289 at which the register must be available.
8291 Here is an example from the IA-32 machine description:
8293 @smallexample
8294 (define_peephole2
8295   [(match_scratch:SI 2 "r")
8296    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
8297                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
8298                      [(match_dup 0)
8299                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
8300               (clobber (reg:CC 17))])]
8301   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
8302   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
8303    (parallel [(set (match_dup 0)
8304                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
8305               (clobber (reg:CC 17))])]
8306   "")
8307 @end smallexample
8309 @noindent
8310 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
8311 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
8312 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
8313 to be live only at the point just before the arithmetic.
8315 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
8316 so here's a silly made-up example:
8318 @smallexample
8319 (define_peephole2
8320   [(match_scratch:SI 4 "r")
8321    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
8322    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
8323    (match_dup 4)
8324    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
8325   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
8326   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
8327    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
8328    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
8329    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
8330   "")
8331 @end smallexample
8333 @noindent
8334 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
8335 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
8336 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
8338 @end ifset
8339 @ifset INTERNALS
8340 @node Insn Attributes
8341 @section Instruction Attributes
8342 @cindex insn attributes
8343 @cindex instruction attributes
8345 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
8346 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
8347 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
8348 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
8349 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
8350 to track the condition codes.
8352 @menu
8353 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
8354 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
8355 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
8356 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
8357 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
8358 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
8359 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
8360 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
8361 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
8362 @end menu
8364 @end ifset
8365 @ifset INTERNALS
8366 @node Defining Attributes
8367 @subsection Defining Attributes and their Values
8368 @cindex defining attributes and their values
8369 @cindex attributes, defining
8371 @findex define_attr
8372 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
8373 by the target machine.  It looks like:
8375 @smallexample
8376 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
8377 @end smallexample
8379 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
8380 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
8381 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
8382 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
8383 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
8384 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
8385 be used to automatically generate conditional variants of instruction
8386 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
8387 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
8388 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
8389 so they should not be used elsewhere as alternative names.
8391 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
8392 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
8393 indicate that the attribute takes numeric values.
8395 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
8396 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
8397 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
8398 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
8399 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
8401 @findex insn-attr.h
8402 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
8403 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
8404 specified for an attribute, the following are defined:
8406 @itemize @bullet
8407 @item
8408 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
8410 @item
8411 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
8412 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
8413 the attribute name and value are first converted to uppercase.
8415 @item
8416 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
8417 returns the attribute value for that insn.
8418 @end itemize
8420 For example, if the following is present in the @file{md} file:
8422 @smallexample
8423 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
8424 @end smallexample
8426 @noindent
8427 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
8429 @smallexample
8430 #define HAVE_ATTR_type 1
8431 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
8432                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
8433 extern enum attr_type get_attr_type ();
8434 @end smallexample
8436 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
8437 defined and the function to obtain the attribute's value will return
8438 @code{int}.
8440 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
8441 attributes are not free to use for other purposes:
8443 @table @code
8444 @item length
8445 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
8446 code chunks.  This is especially important when verifying branch
8447 distances. @xref{Insn Lengths}.
8449 @item enabled
8450 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
8451 alternatives of an insn definition from being used during code
8452 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
8454 @item mnemonic
8455 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
8456 specific checks in e.g. the pipeline description.
8457 @xref{Mnemonic Attribute}.
8458 @end table
8460 For each of these special attributes, the corresponding
8461 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
8462 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
8464 @findex define_enum_attr
8465 @anchor{define_enum_attr}
8466 Another way of defining an attribute is to use:
8468 @smallexample
8469 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
8470 @end smallexample
8472 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
8473 the list of values is taken from a separate enumeration called
8474 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
8475 the same list of values for several attributes without having to
8476 repeat the list each time.  For example:
8478 @smallexample
8479 (define_enum "processor" [
8480   model_a
8481   model_b
8482   @dots{}
8484 (define_enum_attr "arch" "processor"
8485   (const (symbol_ref "target_arch")))
8486 (define_enum_attr "tune" "processor"
8487   (const (symbol_ref "target_tune")))
8488 @end smallexample
8490 defines the same attributes as:
8492 @smallexample
8493 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
8494   (const (symbol_ref "target_arch")))
8495 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
8496   (const (symbol_ref "target_tune")))
8497 @end smallexample
8499 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
8500 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
8501 defines a single C enum (@code{processor}).
8502 @end ifset
8503 @ifset INTERNALS
8504 @node Expressions
8505 @subsection Attribute Expressions
8506 @cindex attribute expressions
8508 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
8509 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
8510 Attribute value expressions must have one of the following forms:
8512 @table @code
8513 @cindex @code{const_int} and attributes
8514 @item (const_int @var{i})
8515 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
8516 must be non-negative.
8518 The value of a numeric attribute can be specified either with a
8519 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
8520 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
8521 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8522 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8524 @cindex @code{const_string} and attributes
8525 @item (const_string @var{value})
8526 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8527 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8528 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8529 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8530 of a @code{define_attr}.
8532 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8533 must be a string containing a non-negative integer (normally
8534 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8535 contain one of the valid values for the attribute.
8537 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8538 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8539 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8540 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8541 otherwise it is @var{false-value}.
8543 @cindex @code{cond} and attributes
8544 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8545 The first operand of this expression is a vector containing an even
8546 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8547 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8548 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8549 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8550 expression is that of the @var{default} expression.
8551 @end table
8553 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8555 @table @code
8556 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8557 @item (const_int @var{i})
8558 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8560 @cindex @code{not} and attributes
8561 @cindex @code{ior} and attributes
8562 @cindex @code{and} and attributes
8563 @item (not @var{test})
8564 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8565 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8566 These tests are true if the indicated logical function is true.
8568 @cindex @code{match_operand} and attributes
8569 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8570 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8571 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8572 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8573 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8574 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8575 string).
8577 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8579 @cindex @code{match_test} and attributes
8580 @item (match_test @var{c-expr})
8581 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8582 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8584 @table @var
8585 @item insn
8586 The rtl instruction under test.
8587 @item which_alternative
8588 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8589 @xref{Output Statement}.
8590 @item operands
8591 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8592 @end table
8594 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8595 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8596 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8598 @smallexample
8599 (match_test "x & 2")
8600 (match_test "(x & 2) != 0")
8601 @end smallexample
8603 @cindex @code{le} and attributes
8604 @cindex @code{leu} and attributes
8605 @cindex @code{lt} and attributes
8606 @cindex @code{gt} and attributes
8607 @cindex @code{gtu} and attributes
8608 @cindex @code{ge} and attributes
8609 @cindex @code{geu} and attributes
8610 @cindex @code{ne} and attributes
8611 @cindex @code{eq} and attributes
8612 @cindex @code{plus} and attributes
8613 @cindex @code{minus} and attributes
8614 @cindex @code{mult} and attributes
8615 @cindex @code{div} and attributes
8616 @cindex @code{mod} and attributes
8617 @cindex @code{abs} and attributes
8618 @cindex @code{neg} and attributes
8619 @cindex @code{ashift} and attributes
8620 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8621 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8622 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8623 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8624 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8625 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8626 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8627 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8628 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8629 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8630 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8631 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8632 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8633 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8634 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8635 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8636 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8638 @findex get_attr
8639 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8640 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8641 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8642 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8643 variable.
8645 @findex eq_attr
8646 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8647 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8649 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8650 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8651 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8652 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8653 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8654 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8655 @emph{not} in the specified list.
8657 For example,
8659 @smallexample
8660 (eq_attr "type" "load,store")
8661 @end smallexample
8663 @noindent
8664 is equivalent to
8666 @smallexample
8667 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8668 @end smallexample
8670 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8671 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8672 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8673 example,
8675 @smallexample
8676 (eq_attr "alternative" "2,3")
8677 @end smallexample
8679 @noindent
8680 is equivalent to
8682 @smallexample
8683 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8684      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8685 @end smallexample
8687 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8688 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8689 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8691 @findex attr_flag
8692 @item (attr_flag @var{name})
8693 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8694 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8695 scheduled.
8697 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8698 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8699 direction of a conditional branch.
8701 This example describes a conditional branch delay slot which
8702 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8703 for backward branches which are not taken (annul-false).
8705 @smallexample
8706 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8707   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8708    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8709         (attr_flag "forward"))
8710    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8711         (attr_flag "backward"))])
8712 @end smallexample
8714 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8715 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8717 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8718 meaning to other passes of the compiler.
8720 @findex attr
8721 @item (attr @var{name})
8722 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8723 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8724 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8725 @end table
8727 @end ifset
8728 @ifset INTERNALS
8729 @node Tagging Insns
8730 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8731 @cindex tagging insns
8732 @cindex assigning attribute values to insns
8734 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8735 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8736 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8737 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8738 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8739 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8740 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8741 permits the specification of the values for only one or two attributes
8742 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8743 next section.
8745 The optional last argument of @code{define_insn} and
8746 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8747 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8748 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8749 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8750 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8751 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8753 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8754 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8755 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8756 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8757 each alternative.
8759 @findex set_attr
8760 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8761 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8762 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8763 of attribute values, one for each alternative.
8765 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8766 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8768 @table @code
8769 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8770 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8771 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8772 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8773 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8775 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8776 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8777 that alternative.
8779 @findex set_attr_alternative
8780 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8781 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8782 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8783 tests on the @samp{alternative} attribute.
8785 @findex attr
8786 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8787 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8788 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8789 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8790 @end table
8792 The following shows three different ways of representing the same
8793 attribute value specification:
8795 @smallexample
8796 (set_attr "type" "load,store,arith")
8798 (set_attr_alternative "type"
8799                       [(const_string "load") (const_string "store")
8800                        (const_string "arith")])
8802 (set (attr "type")
8803      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8804             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8805            (const_string "arith")))
8806 @end smallexample
8808 @need 1000
8809 @findex define_asm_attributes
8810 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8811 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8812 statement.  It has the form:
8814 @smallexample
8815 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8816 @end smallexample
8818 @noindent
8819 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8820 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8822 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8823 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8825 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8826 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8827 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8828 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8829 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8830 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8831 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8832 of a single machine instruction.
8834 @end ifset
8835 @ifset INTERNALS
8836 @node Attr Example
8837 @subsection Example of Attribute Specifications
8838 @cindex attribute specifications example
8839 @cindex attribute specifications
8841 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8842 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8843 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8844 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8845 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8847 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8848 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8849 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8850 operations, floating point operations, and branches.
8852 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8853 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8854 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8855 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8856 changed if the item previously set into the condition code has been
8857 modified.
8859 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8861 @smallexample
8862 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8864 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8865              (cond [(eq_attr "type" "load")
8866                         (const_string "change0")
8867                     (eq_attr "type" "store,branch")
8868                         (const_string "unchanged")
8869                     (eq_attr "type" "arith")
8870                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8871                                       (const_string "set")
8872                                       (const_string "clobber"))]
8873                    (const_string "clobber")))
8875 (define_insn ""
8876   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8877         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8878   ""
8879   "@@
8880    move %0,%1
8881    load %0,%1
8882    store %0,%1"
8883   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8884 @end smallexample
8886 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8887 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8888 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8889 full-word result.
8891 @end ifset
8892 @ifset INTERNALS
8893 @node Insn Lengths
8894 @subsection Computing the Length of an Insn
8895 @cindex insn lengths, computing
8896 @cindex computing the length of an insn
8898 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8899 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8900 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8901 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8902 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8903 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8905 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8906 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8908 @table @code
8909 @cindex @code{match_dup} and attributes
8910 @item (match_dup @var{n})
8911 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8912 must be a @code{label_ref}.
8914 @cindex @code{pc} and attributes
8915 @item (pc)
8916 For non-branch instructions and backward branch instructions, this refers
8917 to the address of the current insn.  But for forward branch instructions,
8918 this refers to the address of the next insn, because the length of the
8919 current insn is to be computed.
8920 @end table
8922 @cindex @code{addr_vec}, length of
8923 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8924 For normal insns, the length will be determined by value of the
8925 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8926 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8927 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8929 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8931 Note that it is possible to call functions via the @code{symbol_ref}
8932 mechanism to compute the length of an insn.  However, if you use this
8933 mechanism you must provide dummy clauses to express the maximum length
8934 without using the function call.  You can an example of this in the
8935 @code{pa} machine description for the @code{call_symref} pattern.
8937 The following macros can be used to refine the length computation:
8939 @table @code
8940 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8941 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8942 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8943 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8944 that contains the initially computed length of the insn and should be
8945 updated with the correct length of the insn.
8947 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8948 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8949 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8950 may be required.
8951 @end table
8953 @findex get_attr_length
8954 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8955 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8956 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8957 example below illustrates.
8959 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8960 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8961 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8962 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8963 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8965 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8966 as follows:
8968 @smallexample
8969 (define_insn "jump"
8970   [(set (pc)
8971         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8972   ""
8974    return (get_attr_length (insn) == 4
8975            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8977   [(set (attr "length")
8978         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
8979                       (const_int 4)
8980                       (const_int 6)))])
8981 @end smallexample
8983 @end ifset
8984 @ifset INTERNALS
8985 @node Constant Attributes
8986 @subsection Constant Attributes
8987 @cindex constant attributes
8989 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
8990 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
8991 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
8992 used to specify which variety of processor is used.  For example,
8994 @smallexample
8995 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
8996  (const
8997   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
8998          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
8999         (const_string "m88000"))))
9001 (define_attr "memory" "fast,slow"
9002  (const
9003   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
9004                 (const_string "fast")
9005                 (const_string "slow"))))
9006 @end smallexample
9008 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
9009 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
9010 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
9011 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
9012 forms involving insn attributes.
9014 @end ifset
9015 @ifset INTERNALS
9016 @node Mnemonic Attribute
9017 @subsection Mnemonic Attribute
9018 @cindex mnemonic attribute
9020 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
9021 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
9022 will automatically be generated by the machine description parser if
9023 there is an attribute definition in the md file:
9025 @smallexample
9026 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
9027 @end smallexample
9029 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
9030 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
9031 whenever the machine description parser is not able to determine the
9032 mnemonic string.  This might be the case for output templates
9033 containing more than a single instruction as in
9034 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
9036 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
9037 instruction string is generated via C code.
9039 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
9040 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
9041 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
9042 parser fails to determine it automatically.
9044 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
9045 specific properties in the pipeline description without defining
9046 additional insn attributes.
9048 @smallexample
9049 (define_attr "ooo_expanded" ""
9050   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
9051          (const_int 1)]
9052         (const_int 0)))
9053 @end smallexample
9055 @end ifset
9056 @ifset INTERNALS
9057 @node Delay Slots
9058 @subsection Delay Slot Scheduling
9059 @cindex delay slots, defining
9061 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
9062 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
9063 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
9064 after the instruction are executed as if they were located before it.
9065 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
9066 the following instruction before the branch or call is performed.
9068 On some machines, conditional branch instructions can optionally
9069 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
9070 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
9071 instructions that annul if the branch is true and instructions that
9072 annul if the branch is false are supported.
9074 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
9075 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
9076 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
9077 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
9078 instruction scheduling.
9080 @findex define_delay
9081 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
9082 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
9084 @smallexample
9085 (define_delay @var{test}
9086               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
9087                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
9088                @dots{}])
9089 @end smallexample
9091 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
9092 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
9093 required delay slots is determined by the length of the vector specified
9094 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
9095 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
9096 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
9097 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
9098 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
9099 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
9101 For example, in the common case where branch and call insns require
9102 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
9103 call, the following would be placed in the @file{md} file:
9105 @smallexample
9106 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
9107               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9108 @end smallexample
9110 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
9111 case, each such expression specifies different delay slot requirements
9112 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
9113 expressions are both true.
9115 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
9116 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
9117 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
9118 branch is true, we might represent this as follows:
9120 @smallexample
9121 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
9122    [(eq_attr "type" "!branch,call")
9123     (eq_attr "type" "!branch,call")
9124     (nil)])
9126 (define_delay (eq_attr "type" "call")
9127               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
9128                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
9129 @end smallexample
9130 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
9132 @end ifset
9133 @ifset INTERNALS
9134 @node Processor pipeline description
9135 @subsection Specifying processor pipeline description
9136 @cindex processor pipeline description
9137 @cindex processor functional units
9138 @cindex instruction latency time
9139 @cindex interlock delays
9140 @cindex data dependence delays
9141 @cindex reservation delays
9142 @cindex pipeline hazard recognizer
9143 @cindex automaton based pipeline description
9144 @cindex regular expressions
9145 @cindex deterministic finite state automaton
9146 @cindex automaton based scheduler
9147 @cindex RISC
9148 @cindex VLIW
9150 To achieve better performance, most modern processors
9151 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
9152 processors) have many @dfn{functional units} on which several
9153 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
9154 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
9155 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
9156 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
9157 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
9158 MIPS processors).
9160 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
9161 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
9162 latency time}.  The instruction execution is not started until all
9163 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
9164 complex cases when the instruction execution starts even when the data
9165 are not available but will be ready in given time after the
9166 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
9167 account is simple.  The data dependence (true, output, and
9168 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
9169 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
9170 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
9171 means that two instructions under execution will be in need of shared
9172 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
9173 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
9174 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
9175 processors.
9177 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
9178 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
9179 instruction scheduler has to have an adequate description of the
9180 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
9181 machine descriptions describe processor parallelism and functional
9182 unit reservations for groups of instructions with the aid of
9183 @dfn{regular expressions}.
9185 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
9186 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
9187 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
9188 automatically generated from the processor pipeline description.  The
9189 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
9190 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
9191 the instruction issue is possible if there is a transition from one
9192 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
9193 furthermore, its speed is not dependent on processor
9194 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
9195 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
9196 can split orthogonal parts of the machine description among several
9197 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
9198 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
9200 @cindex automaton based pipeline description
9201 The rest of this section describes the directives that constitute
9202 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
9203 these constructions within the machine description file is not
9204 important.
9206 @findex define_automaton
9207 @cindex pipeline hazard recognizer
9208 The following optional construction describes names of automata
9209 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
9210 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
9211 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
9212 units to the automata, the total size of the automata is usually
9213 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
9214 construction, only one finite state automaton is generated.
9216 @smallexample
9217 (define_automaton @var{automata-names})
9218 @end smallexample
9220 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
9221 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
9222 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
9223 @code{define_query_cpu_unit}.
9225 @findex define_cpu_unit
9226 @cindex processor functional units
9227 Each processor functional unit used in the description of instruction
9228 reservations should be described by the following construction.
9230 @smallexample
9231 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9232 @end smallexample
9234 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
9235 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
9236 for other goals.
9238 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9239 which the unit is bound.  The automaton should be described in
9240 construction @code{define_automaton}.  You should give
9241 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
9243 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
9244 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
9245 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
9246 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
9247 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
9248 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
9249 description of the subsequent constructions.
9251 @findex define_query_cpu_unit
9252 @cindex querying function unit reservations
9253 The following construction describes CPU functional units analogously
9254 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
9255 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
9256 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
9257 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
9258 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
9259 @acronym{VLIW} insn templates).
9261 @smallexample
9262 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
9263 @end smallexample
9265 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
9266 separated by commas.
9268 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
9269 which the unit is bound.
9271 @findex define_insn_reservation
9272 @cindex instruction latency time
9273 @cindex regular expressions
9274 @cindex data bypass
9275 The following construction is the major one to describe pipeline
9276 characteristics of an instruction.
9278 @smallexample
9279 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
9280                          @var{condition} @var{regexp})
9281 @end smallexample
9283 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
9284 instruction.  There is an important difference between the old
9285 description and the automaton based pipeline description.  The latency
9286 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
9287 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
9288 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
9289 zero and the cost of output dependencies is the difference between
9290 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
9291 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
9292 change the default costs for any description by using the target hook
9293 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
9295 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
9296 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
9297 the automaton description file generated for debugging.  The internal
9298 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
9299 good practice to use insn classes described in the processor manual.
9301 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
9302 construction.  You should remember that you will be in trouble if
9303 @var{condition} for two or more different
9304 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
9305 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
9306 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
9307 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
9308 the same value is quite difficult (especially if the conditions
9309 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
9310 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
9311 recognizer considerably.
9313 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
9314 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
9315 expression according to the following syntax:
9317 @smallexample
9318        regexp = regexp "," oneof
9319               | oneof
9321        oneof = oneof "|" allof
9322              | allof
9324        allof = allof "+" repeat
9325              | repeat
9327        repeat = element "*" number
9328               | element
9330        element = cpu_function_unit_name
9331                | reservation_name
9332                | result_name
9333                | "nothing"
9334                | "(" regexp ")"
9335 @end smallexample
9337 @itemize @bullet
9338 @item
9339 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
9340 the reservation.
9342 @item
9343 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
9344 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
9345 regular expression @strong{or} etc.
9347 @item
9348 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
9349 regular expression @strong{and} a reservation described by the
9350 second regular expression @strong{and} etc.
9352 @item
9353 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
9354 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
9355 advancing (see @samp{,}).
9357 @item
9358 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
9359 functional unit.
9361 @item
9362 @samp{reservation_name} --- see description of construction
9363 @samp{define_reservation}.
9365 @item
9366 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
9367 @end itemize
9369 @findex define_reservation
9370 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
9371 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
9372 the common part by the following construction
9374 @smallexample
9375 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
9376 @end smallexample
9378 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
9379 Functional unit names and reservation names are in the same name
9380 space.  So the reservation names should be different from the
9381 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
9383 @findex define_bypass
9384 @cindex instruction latency time
9385 @cindex data bypass
9386 The following construction is used to describe exceptions in the
9387 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
9389 @smallexample
9390 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
9391                [@var{guard}])
9392 @end smallexample
9394 @var{number} defines when the result generated by the instructions
9395 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
9396 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
9397 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
9398 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
9399 For example:
9400 @smallexample
9401 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
9402 @end smallexample
9403 defines a bypass between instructions that start with
9404 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
9405 @samp{cpu1_load_}.
9407 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
9408 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
9409 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
9410 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
9411 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
9412 of insn @samp{store} (not a stored value).
9414 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
9415 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
9416 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
9417 bypass without the guard function is chosen.
9419 @findex exclusion_set
9420 @findex presence_set
9421 @findex final_presence_set
9422 @findex absence_set
9423 @findex final_absence_set
9424 @cindex VLIW
9425 @cindex RISC
9426 The following five constructions are usually used to describe
9427 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
9428 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
9429 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
9431 @smallexample
9432 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
9433 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9434 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9435 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9436 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
9437 @end smallexample
9439 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
9440 separated by commas.
9442 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
9443 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
9444 separated by white-spaces.
9446 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
9447 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
9448 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
9449 example, the construction is useful for describing processors
9450 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
9451 functional unit which can execute simultaneously only single floating
9452 point insns or only double floating point insns.
9454 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
9455 functional unit in the first string can not be reserved unless at
9456 least one of pattern of units whose names are in the second string is
9457 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
9458 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
9459 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
9460 construction
9462 @smallexample
9463 (presence_set "slot1" "slot0")
9464 @end smallexample
9466 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9467 reservation.  In this case we could write
9469 @smallexample
9470 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
9471 @end smallexample
9473 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
9474 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
9475 done.  When an instruction is issued in given automaton state
9476 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
9477 state is changed.  The first state is a source state, the second one
9478 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
9479 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
9480 done on the result reservation.  This construction is useful to
9481 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
9482 For example, if we use
9484 @smallexample
9485 (presence_set "slot1" "slot0")
9486 @end smallexample
9488 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
9489 @samp{slot0} which is absent in the source state).
9491 @smallexample
9492 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
9493 @end smallexample
9495 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
9497 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
9498 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
9499 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
9500 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
9501 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
9502 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
9503 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
9504 can be described as:
9506 @smallexample
9507 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
9508 @end smallexample
9510 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
9511 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
9512 this case we could write
9514 @smallexample
9515 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
9516 @end smallexample
9518 All functional units mentioned in a set should belong to the same
9519 automaton.
9521 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
9522 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
9523 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
9525 @findex automata_option
9526 @cindex deterministic finite state automaton
9527 @cindex nondeterministic finite state automaton
9528 @cindex finite state automaton minimization
9529 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9530 the following construction.
9532 @smallexample
9533 (automata_option @var{options})
9534 @end smallexample
9536 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9537 code.  Currently there are the following options:
9539 @itemize @bullet
9540 @item
9541 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9542 only worth to do when we are debugging the description and need to
9543 look more accurately at reservations of states.
9545 @item
9546 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9547 automata.
9549 @item
9550 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9551 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9553 @item
9554 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9555 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9556 verification and debugging.
9558 @item
9559 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9560 non-critical errors.
9562 @item
9563 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9564 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9565 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9566 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9567 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9569 @item
9570 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9571 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9572 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9573 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9574 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9575 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9577 @item
9578 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behavior of the generator when
9579 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9580 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9581 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9582 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9583 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9584 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9585 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9587 @item
9588 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9589 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9590 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9591 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9592 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9593 huge automaton.
9594 @end itemize
9596 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9597 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9598 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9599 the following functional units.
9601 @smallexample
9602 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9603 (define_cpu_unit "port0, port1")
9604 @end smallexample
9606 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9607 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9608 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9609 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9610 multiplication insns can be executed only in the second integer
9611 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
9612 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9613 integer division insn can not be issued until the current division
9614 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9615 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9616 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9617 incurred.  To describe all of this we could specify
9619 @smallexample
9620 (define_cpu_unit "div")
9622 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9623                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9625 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9626                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9628 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
9629                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9631 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9632                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9634 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9635 @end smallexample
9637 To simplify the description we could describe the following reservation
9639 @smallexample
9640 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9641 @end smallexample
9643 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9644 construction
9646 @smallexample
9647 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9648                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9649 @end smallexample
9652 @end ifset
9653 @ifset INTERNALS
9654 @node Conditional Execution
9655 @section Conditional Execution
9656 @cindex conditional execution
9657 @cindex predication
9659 A number of architectures provide for some form of conditional
9660 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9661 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9662 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9663 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9664 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9666 @findex define_cond_exec
9667 @smallexample
9668 (define_cond_exec
9669   [@var{predicate-pattern}]
9670   "@var{condition}"
9671   "@var{output-template}"
9672   "@var{optional-insn-attribues}")
9673 @end smallexample
9675 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9676 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9677 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9678 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9679 alternative.
9681 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9682 pattern to match.
9684 @findex current_insn_predicate
9685 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9686 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9687 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9688 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9689 In order to handle the general case, there is a global variable
9690 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9691 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9693 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9694 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9695 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9696 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9697 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9698 certain conditions.
9700 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9701 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9702 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9703 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9704 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9705 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9706 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9707 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9708 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9709 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9711 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9712 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9713 generated that matches a predicated version of the instruction.
9714 For example,
9716 @smallexample
9717 (define_insn "addsi"
9718   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9719         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9720                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9721   "@var{test1}"
9722   "add %2,%1,%0")
9724 (define_cond_exec
9725   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9726        (const_int 0))]
9727   "@var{test2}"
9728   "(%0)")
9729 @end smallexample
9731 @noindent
9732 generates a new pattern
9734 @smallexample
9735 (define_insn ""
9736   [(cond_exec
9737      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9738      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9739           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9740                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9741   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9742   "(%3) add %2,%1,%0")
9743 @end smallexample
9745 @end ifset
9746 @ifset INTERNALS
9747 @node Define Subst
9748 @section RTL Templates Transformations
9749 @cindex define_subst
9751 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9752 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9753 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9754 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9755 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9756 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9757 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9758 case based on the initial one:
9760 @findex define_subst
9761 @smallexample
9762 (define_subst "@var{name}"
9763   [@var{input-template}]
9764   "@var{condition}"
9765   [@var{output-template}])
9766 @end smallexample
9767 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9768 which will be transformed.
9770 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9771 from the input-template to generate a condition to be used in the
9772 output-template.
9774 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9775 template.
9777 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9778 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9779 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9780 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9781 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9782 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9783 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9784 case when the source RTL template is not matched against the
9785 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9786 deleted.
9788 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9789 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9790 @code{define_insn_and_split}).
9792 @menu
9793 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9794 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9795 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9796 @end menu
9798 @node Define Subst Example
9799 @subsection @code{define_subst} Example
9800 @cindex define_subst
9802 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9803 template transformation.
9805 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9806 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9807 generated with the following @code{define_subst}:
9809 @smallexample
9810 (define_subst "add_clobber_subst"
9811   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9812         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9813   ""
9814   [(set (match_dup 0)
9815         (match_dup 1))
9816    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9817 @end smallexample
9819 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9820 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9821 applied.
9823 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9824 in @code{define_subst} mentioned above:
9826 @smallexample
9827 (define_insn "maxsi"
9828   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9829         (max:SI
9830           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9831           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9832   ""
9833   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9834  [@dots{}])
9835 @end smallexample
9837 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9838 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9840 @smallexample
9841 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9842 @end smallexample
9844 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9845 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9846 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9847 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9848 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9849 value that would be substituted into the second, transformed,
9850 version of the RTL template.
9852 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9853 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9854 the original RTL template should be changed:
9856 @smallexample
9857 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9858   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9859         (max:SI
9860           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9861           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9862   ""
9863   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9864  [@dots{}])
9865 @end smallexample
9867 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9869 @smallexample
9870 (define_insn "maxsi_noclobber"
9871   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9872         (max:SI
9873           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9874           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9875   ""
9876   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9877  [@dots{}])
9878 (define_insn "maxsi_clobber"
9879   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9880         (max:SI
9881           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9882           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9883    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9884   ""
9885   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9886  [@dots{}])
9887 @end smallexample
9889 @node Define Subst Pattern Matching
9890 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9891 @cindex define_subst
9893 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9894 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9895 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9896 meanings of expressions in the input-template were changed:
9898 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9899 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9900 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9901 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9902 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9903 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9904 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9905 of accepted RTL-templates.
9907 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9908 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9909 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9910 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9911 operands as the operator from the original pattern.
9913 @node Define Subst Output Template
9914 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9915 @cindex define_subst
9917 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9918 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9919 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9920 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9921 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9922 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9923 the input pattern.
9925 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9926 the expression from the original pattern, which matched
9927 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9928 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9929 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9930 from the input pattern.
9932 In the output template one can refer to the expressions from the
9933 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9934 be added by means of standard @code{match_operand}.
9936 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9937 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9938 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9939 indexes would be used in the expression which would replace
9940 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9941 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9942 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9943 @code{match_dup}s are replaced.
9945 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9946 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9947 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9948 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9949 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9950 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9951 @end ifset
9953 @ifset INTERNALS
9954 @node Constant Definitions
9955 @section Constant Definitions
9956 @cindex constant definitions
9957 @findex define_constants
9959 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9960 can be a maintenance problem.
9962 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9963 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9964 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9965 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9966 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9967 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9968 a different value.
9970 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9972 @smallexample
9973 (define_insn ""
9974   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9975      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9976            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9977       (use (reg:SI 179))
9978       (clobber (reg:SI 179))])]
9979   ""
9980   "loadm 0,0,%1,%2")
9981 @end smallexample
9983 You could write:
9985 @smallexample
9986 (define_constants [
9987     (R_BP 177)
9988     (R_FC 178)
9989     (R_CR 179)
9990     (R_Q  180)
9993 (define_insn ""
9994   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9995      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9996            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9997       (use (reg:SI R_CR))
9998       (clobber (reg:SI R_CR))])]
9999   ""
10000   "loadm 0,0,%1,%2")
10001 @end smallexample
10003 The constants that are defined with a define_constant are also output
10004 in the insn-codes.h header file as #defines.
10006 @cindex enumerations
10007 @findex define_c_enum
10008 You can also use the machine description file to define enumerations.
10009 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
10010 are visible to both the machine description file and the main C code.
10012 The syntax is as follows:
10014 @smallexample
10015 (define_c_enum "@var{name}" [
10016   @var{value0}
10017   @var{value1}
10018   @dots{}
10019   @var{valuen}
10021 @end smallexample
10023 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
10024 in @file{insn-constants.h}:
10026 @smallexample
10027 enum @var{name} @{
10028   @var{value0} = 0,
10029   @var{value1} = 1,
10030   @dots{}
10031   @var{valuen} = @var{n}
10033 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
10034 @end smallexample
10036 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
10037 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
10038 file, just as if it had been declared with:
10040 @smallexample
10041 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
10042 @end smallexample
10044 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
10045 begins with @var{cname}.
10047 You can split the enumeration definition into as many statements as
10048 you like.  The above example is directly equivalent to:
10050 @smallexample
10051 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
10052 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
10053 @dots{}
10054 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
10055 @end smallexample
10057 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
10058 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
10059 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
10060 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
10061 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
10063 Some enumeration names have special significance to GCC:
10065 @table @code
10066 @item unspecv
10067 @findex unspec_volatile
10068 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
10069 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
10071 @smallexample
10072 (define_c_enum "unspecv" [
10073   UNSPECV_BLOCKAGE
10075 @end smallexample
10077 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
10079 @smallexample
10080 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
10081 @end smallexample
10083 @item unspec
10084 @findex unspec
10085 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
10086 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
10087 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
10088 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
10089 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
10090 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
10091 for both.
10092 @end table
10094 @findex define_enum
10095 @anchor{define_enum}
10096 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
10098 @smallexample
10099 (define_enum "@var{name}" [
10100   @var{value0}
10101   @var{value1}
10102   @dots{}
10103   @var{valuen}
10105 @end smallexample
10107 This directive implies:
10109 @smallexample
10110 (define_c_enum "@var{name}" [
10111   @var{cname}_@var{cvalue0}
10112   @var{cname}_@var{cvalue1}
10113   @dots{}
10114   @var{cname}_@var{cvaluen}
10116 @end smallexample
10118 @findex define_enum_attr
10119 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
10120 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
10121 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
10122 (@pxref{define_enum_attr}).
10123 @end ifset
10124 @ifset INTERNALS
10125 @node Iterators
10126 @section Iterators
10127 @cindex iterators in @file{.md} files
10129 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
10130 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
10131 facilities to make this process easier.
10133 @menu
10134 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
10135 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
10136 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
10137 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
10138 @end menu
10140 @node Mode Iterators
10141 @subsection Mode Iterators
10142 @cindex mode iterators in @file{.md} files
10144 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
10145 For example:
10147 @itemize @bullet
10148 @item
10149 If a processor has hardware support for both single and double
10150 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
10151 very similar to the @code{DFmode} ones.
10153 @item
10154 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
10155 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
10156 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
10157 @end itemize
10159 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
10160 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
10161 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
10162 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
10164 @menu
10165 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
10166 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
10167 * Examples::                Examples
10168 @end menu
10170 @node Defining Mode Iterators
10171 @subsubsection Defining Mode Iterators
10172 @findex define_mode_iterator
10174 The syntax for defining a mode iterator is:
10176 @smallexample
10177 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
10178 @end smallexample
10180 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
10181 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
10182 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
10183 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
10184 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
10185 C condition will also require that @var{condi} be true.
10187 For example:
10189 @smallexample
10190 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10191 @end smallexample
10193 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
10194 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
10195 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
10196 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
10197 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
10199 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
10200 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
10201 to @code{@var{mode}}.  For example:
10203 @smallexample
10204 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10205 @end smallexample
10207 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
10208 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
10210 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
10211 significant if two iterators are used in a construct that requires
10212 substitutions.  @xref{Substitutions}.
10214 @node Substitutions
10215 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
10216 @findex define_mode_attr
10218 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
10219 construct will often need slightly different strings or modes.  For
10220 example:
10222 @itemize @bullet
10223 @item
10224 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
10225 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
10226 appropriate mode name for @var{m}.
10228 @item
10229 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
10230 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
10232 @item
10233 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
10234 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
10235 mode for the other operand(s).
10236 @end itemize
10238 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
10239 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
10240 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
10241 upper case.  You can define other attributes using:
10243 @smallexample
10244 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
10245 @end smallexample
10247 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
10248 is the value associated with @var{modei}.
10250 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
10251 each string and mode in the pattern for sequences of the form
10252 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
10253 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
10254 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
10255 value.
10257 For example, suppose an @file{.md} file has:
10259 @smallexample
10260 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
10261 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
10262 @end smallexample
10264 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
10265 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
10266 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
10267 @code{"ld\t%0,%1"}.
10269 Here is an example of using an attribute for a mode:
10271 @smallexample
10272 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
10273 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
10274 (define_insn @dots{}
10275   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
10276 @end smallexample
10278 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
10279 substitution will be attempted for every iterator expansion.
10281 @node Examples
10282 @subsubsection Mode Iterator Examples
10284 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
10285 modes and attributes (among others):
10287 @smallexample
10288 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
10289 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
10290 @end smallexample
10292 and uses the following template to define both @code{subsi3}
10293 and @code{subdi3}:
10295 @smallexample
10296 (define_insn "sub<mode>3"
10297   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
10298         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
10299                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
10300   ""
10301   "<d>subu\t%0,%1,%2"
10302   [(set_attr "type" "arith")
10303    (set_attr "mode" "<MODE>")])
10304 @end smallexample
10306 This is exactly equivalent to:
10308 @smallexample
10309 (define_insn "subsi3"
10310   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
10311         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
10312                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
10313   ""
10314   "subu\t%0,%1,%2"
10315   [(set_attr "type" "arith")
10316    (set_attr "mode" "SI")])
10318 (define_insn "subdi3"
10319   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
10320         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
10321                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
10322   ""
10323   "dsubu\t%0,%1,%2"
10324   [(set_attr "type" "arith")
10325    (set_attr "mode" "DI")])
10326 @end smallexample
10328 @node Code Iterators
10329 @subsection Code Iterators
10330 @cindex code iterators in @file{.md} files
10331 @findex define_code_iterator
10332 @findex define_code_attr
10334 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
10336 The construct:
10338 @smallexample
10339 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
10340 @end smallexample
10342 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
10343 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
10344 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
10346 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10347 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10348 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
10349 @xref{Defining Mode Iterators}.
10351 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
10352 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
10353 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
10354 Other attributes are defined using:
10356 @smallexample
10357 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
10358 @end smallexample
10360 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
10362 @smallexample
10363 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
10364                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
10366 (define_expand "b<code>"
10367   [(set (pc)
10368         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
10369                                    (const_int 0))
10370                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10371                       (pc)))]
10372   ""
10374   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
10375   DONE;
10377 @end smallexample
10379 This is equivalent to:
10381 @smallexample
10382 (define_expand "bunordered"
10383   [(set (pc)
10384         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
10385                                     (const_int 0))
10386                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10387                       (pc)))]
10388   ""
10390   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
10391   DONE;
10394 (define_expand "bordered"
10395   [(set (pc)
10396         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
10397                                   (const_int 0))
10398                       (label_ref (match_operand 0 ""))
10399                       (pc)))]
10400   ""
10402   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
10403   DONE;
10406 @dots{}
10407 @end smallexample
10409 @node Int Iterators
10410 @subsection Int Iterators
10411 @cindex int iterators in @file{.md} files
10412 @findex define_int_iterator
10413 @findex define_int_attr
10415 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
10417 The construct:
10419 @smallexample
10420 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
10421 @end smallexample
10423 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
10424 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
10425 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
10426 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
10427 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
10428 define_c_enum.
10430 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
10431 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
10432 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
10433 @xref{Defining Mode Iterators}.
10435 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
10436 Attributes are defined using:
10438 @smallexample
10439 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
10440 @end smallexample
10442 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
10444 @smallexample
10445 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
10447 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
10449 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
10450   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10451         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10452                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10453                       QABSNEG))]
10454   "TARGET_NEON"
10455   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10456   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10459 @end smallexample
10461 This is equivalent to:
10463 @smallexample
10464 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
10465   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10466         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10467                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10468                       UNSPEC_VQABS))]
10469   "TARGET_NEON"
10470   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10471   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10474 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
10475   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
10476         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
10477                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
10478                       UNSPEC_VQNEG))]
10479   "TARGET_NEON"
10480   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
10481   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
10484 @end smallexample
10486 @node Subst Iterators
10487 @subsection Subst Iterators
10488 @cindex subst iterators in @file{.md} files
10489 @findex define_subst
10490 @findex define_subst_attr
10492 Subst iterators are special type of iterators with the following
10493 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
10494 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
10495 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
10496 used in RTL-pattern.
10498 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
10499 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
10500 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
10501 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
10502 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
10503 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
10504 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
10506 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
10507 implicitly by the first appearance of the corresponding
10508 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
10510 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
10512 @findex define_subst_attr
10513 @smallexample
10514 (define_subst_attr "@var{name}"
10515   "@var{subst-name}"
10516   "@var{no-subst-value}"
10517   "@var{subst-applied-value}")
10518 @end smallexample
10520 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
10521 referred to.
10523 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
10524 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
10525 RTL-template.
10527 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10528 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10530 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10531 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10533 @end ifset