2015-01-15 Vladimir Makarov <vmakarov@redhat.com>
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob7bc78422d5bfc9d07560c21e7e67eda0bb52c042
1 @c Copyright (C) 1988-2015 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 indicate 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 For an insn where the condition has once matched, it
170 cannot later be used to control register allocation by excluding
171 certain register or value combinations.
173 @item
174 The @dfn{output template} or @dfn{output statement}: This is either
175 a string, or a fragment of C code which returns a string.
177 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
178 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
180 @item
181 The @dfn{insn attributes}: This is an optional vector containing the values of
182 attributes for insns matching this pattern (@pxref{Insn Attributes}).
183 @end enumerate
185 @node Example
186 @section Example of @code{define_insn}
187 @cindex @code{define_insn} example
189 Here is an example of an instruction pattern, taken from the machine
190 description for the 68000/68020.
192 @smallexample
193 (define_insn "tstsi"
194   [(set (cc0)
195         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
196   ""
197   "*
199   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
200     return \"tstl %0\";
201   return \"cmpl #0,%0\";
202 @}")
203 @end smallexample
205 @noindent
206 This can also be written using braced strings:
208 @smallexample
209 (define_insn "tstsi"
210   [(set (cc0)
211         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
212   ""
214   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
215     return "tstl %0";
216   return "cmpl #0,%0";
218 @end smallexample
220 This describes an instruction which sets the condition codes based on the
221 value of a general operand.  It has no condition, so any insn with an RTL
222 description of the form shown may be matched to this pattern.  The name
223 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL
224 generation pass that, when it is necessary to test such a value, an insn
225 to do so can be constructed using this pattern.
227 The output control string is a piece of C code which chooses which
228 output template to return based on the kind of operand and the specific
229 type of CPU for which code is being generated.
231 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
233 @node RTL Template
234 @section RTL Template
235 @cindex RTL insn template
236 @cindex generating insns
237 @cindex insns, generating
238 @cindex recognizing insns
239 @cindex insns, recognizing
241 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
242 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
243 says how to construct an insn from specified operands.
245 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
246 template.  Matching involves determining the values that serve as the
247 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
248 controlled by special expression types that direct matching and
249 substitution of the operands.
251 @table @code
252 @findex match_operand
253 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
254 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
255 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
256 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
257 appears at this position in the insn will be taken as operand
258 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
259 pattern will not match at all.
261 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
262 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
263 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
264 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
265 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
266 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
267 other operand numbers.
269 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
270 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
271 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
272 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
273 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
274 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
275 returns zero, this instruction pattern fails to match.
276 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
277 done on the operand, so anything which occurs in this position is
278 valid.
280 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
281 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
282 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
283 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
284 @code{VOIDmode}.
286 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
287 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
288 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
290 People are often unclear on the difference between the constraint and the
291 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
292 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
293 controls various decisions in the case of an insn which does match.
295 @findex match_scratch
296 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
297 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
298 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
299 expression.
301 When matching patterns, this is equivalent to
303 @smallexample
304 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{constraint})
305 @end smallexample
307 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
308 expression.
310 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
311 expressions whose operands are either a hard register or
312 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
313 necessary.  @xref{Side Effects}.
315 @findex match_dup
316 @item (match_dup @var{n})
317 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
318 It is used when the operand needs to appear more than once in the
319 insn.
321 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
322 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
323 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
324 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
325 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
326 identical-looking expression.
328 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
329 a particular register is being used for two operands (example:
330 @code{add} that adds one register to another; the second register is
331 both an input operand and the output operand).  Use a matching
332 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
333 operand is used in two places in the template, such as an instruction
334 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
335 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
336 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
338 @findex match_operator
339 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
340 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
341 code.
343 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
344 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
345 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
347 When matching an expression, it matches an expression if the function
348 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
349 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
351 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
352 follows, to match any expression whose operator is one of the
353 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
355 @smallexample
357 commutative_integer_operator (x, mode)
358      rtx x;
359      machine_mode mode;
361   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
362   if (GET_MODE (x) != mode)
363     return 0;
364   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
365           || code == EQ || code == NE);
367 @end smallexample
369 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
370 of a commutative operator applied to two general operands:
372 @smallexample
373 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
374   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
375    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
376 @end smallexample
378 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
379 because the expressions to be matched all contain two operands.
381 When this pattern does match, the two operands of the commutative
382 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
383 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
384 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
385 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
387 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
388 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
389 predicate function, and that function is solely responsible for
390 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
392 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
393 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
394 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
395 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
396 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
397 only its expression code matters.
399 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
400 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
401 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
402 register allocation because the register allocator often looks at
403 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
405 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
406 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
407 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
408 However, if parts of its @var{operands} are matched by
409 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
410 their own.
412 @findex match_op_dup
413 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
414 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
415 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
416 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
417 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
418 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
419 recognition template, and it matches only an identical-looking
420 expression.
422 @findex match_parallel
423 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
424 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
425 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
426 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
428 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
429 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
430 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
431 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
432 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
433 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
434 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
435 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
436 those listed in the @code{match_parallel}.
438 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
439 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
440 in a @code{parallel}.  For example,
442 @smallexample
443 (define_insn ""
444   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
445      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
446            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
447       (use (reg:SI 179))
448       (clobber (reg:SI 179))])]
449   ""
450   "loadm 0,0,%1,%2")
451 @end smallexample
453 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
454 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
455 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
456 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
457 registers and memory locations.
459 An insn that matches this pattern might look like:
461 @smallexample
462 (parallel
463  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
464   (use (reg:SI 179))
465   (clobber (reg:SI 179))
466   (set (reg:SI 21)
467        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
468                         (const_int 4))))
469   (set (reg:SI 22)
470        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
471                         (const_int 8))))])
472 @end smallexample
474 @findex match_par_dup
475 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
476 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
477 @code{match_operator}.
479 @end table
481 @node Output Template
482 @section Output Templates and Operand Substitution
483 @cindex output templates
484 @cindex operand substitution
486 @cindex @samp{%} in template
487 @cindex percent sign
488 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
489 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
490 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
491 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
492 identify places where different variants of the assembler require
493 different syntax.
495 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
496 operand @var{n} at that point in the string.
498 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
499 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
500 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
501 additional letters with nonstandard meanings.
503 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
504 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
505 operand.
507 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
508 the constant is negated before printing.
510 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
511 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
512 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
513 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
514 as if it were a memory reference.
516 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
517 instruction.
519 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
520 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
521 referred to more than once in a single template that generates multiple
522 assembler instructions.
524 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
525 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
526 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
527 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
528 which punctuation characters are valid with the
529 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
531 @cindex \
532 @cindex backslash
533 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
534 for the instructions, with @samp{\;} between them.
536 @cindex matching operands
537 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
538 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
539 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
540 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
541 operand.
543 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
544 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
545 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
546 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
547 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
548 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
549 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
550 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
551 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
552 it to do nothing.
554 @cindex @code{#} in template
555 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
556 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
557 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
558 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
559 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
560 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
561 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
562 instructions.
564 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
565 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
566 describe multiple variants of assembler language syntax.
567 @xref{Instruction Output}.
569 @node Output Statement
570 @section C Statements for Assembler Output
571 @cindex output statements
572 @cindex C statements for assembler output
573 @cindex generating assembler output
575 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
576 assembler code for all the cases that are recognized by a single
577 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
578 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
579 machine instructions.
581 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
582 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
583 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
584 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
585 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
586 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
587 might write this pattern:
589 @smallexample
590 (define_insn "addsi3"
591   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
592         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
593                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
594   ""
595   "@@
596    addr %2,%0
597    addm %2,%0")
598 @end smallexample
600 @cindex @code{*} in template
601 @cindex asterisk in template
602 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
603 output template but rather a piece of C program that should compute a
604 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
605 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
606 require doublequote characters to delimit them.  To include these
607 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
609 If the output control string is written as a brace block instead of a
610 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
611 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
612 doublequotes surrounding C string literals.
614 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
615 is @code{rtx []}.
617 It is very common to select different ways of generating assembler code
618 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
619 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
620 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
621 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
622 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
623 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
624 values of those bits.
626 @findex output_asm_insn
627 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
628 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
629 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
630 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
631 that you declare locally and initialize yourself.
633 @findex which_alternative
634 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
635 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
636 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
637 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
638 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
639 etc.).
641 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
642 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
643 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
645 @smallexample
646 (define_insn ""
647   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
648         (const_int 0))]
649   ""
650   @{
651   return (which_alternative == 0
652           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
653   @})
654 @end smallexample
656 The example above, where the assembler code to generate was
657 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
658 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
660 @smallexample
661 @group
662 (define_insn ""
663   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
664         (const_int 0))]
665   ""
666   "@@
667    clrreg %0
668    clrmem %0")
669 @end group
670 @end smallexample
672 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
673 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
675 @smallexample
676 @group
677 (define_insn ""
678   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
679         (const_int 0))]
680   ""
681   "@@
682    clrreg %0
683    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
684    clrmem %0")
685 @end group
686 @end smallexample
688 @node Predicates
689 @section Predicates
690 @cindex predicates
691 @cindex operand predicates
692 @cindex operator predicates
694 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
695 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
696 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
697 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
698 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
699 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
700 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
701 that end in @samp{_operator}.
703 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
704 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
705 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
706 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
707 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
708 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
709 functions; this can be useful in output templates or other
710 machine-specific code.
712 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
713 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
714 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
715 better code if the predicates specify the requirements of the machine
716 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
717 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
718 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
719 in the extra condition.
721 @cindex predicates and machine modes
722 @cindex normal predicates
723 @cindex special predicates
724 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
725 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
726 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
727 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
728 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
729 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
730 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
731 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
732 constant will fit in the requested mode.
734 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
735 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
736 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
737 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
738 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
739 without specifying a mode.
741 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
742 are called @dfn{special}.  The generic predicates
743 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
744 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
745 diagnosis when special predicates are used.
747 @menu
748 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
749 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
750                                     functions.
751 @end menu
753 @node Machine-Independent Predicates
754 @subsection Machine-Independent Predicates
755 @cindex machine-independent predicates
756 @cindex generic predicates
758 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
759 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
760 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
762 @defun immediate_operand
763 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
764 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
765 must be constant.
766 @end defun
768 @defun const_int_operand
769 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
770 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
771 does not allow a symbol or label.
772 @end defun
774 @defun const_double_operand
775 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
776 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
777 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
778 constants.
779 @end defun
781 @noindent
782 The second category of predicates allow only some kind of machine
783 register.
785 @defun register_operand
786 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
787 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
788 instruction operands on a RISC machine.
789 @end defun
791 @defun pmode_register_operand
792 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
793 a limitation in the machine-description reader.
795 @smallexample
796 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
797 @end smallexample
799 @noindent
800 means exactly what
802 @smallexample
803 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
804 @end smallexample
806 @noindent
807 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
808 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
809 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
810 options.  @xref{Misc}.
811 @end defun
813 @defun scratch_operand
814 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
815 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
816 it should not be used directly.
817 @end defun
819 @noindent
820 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
822 @defun memory_operand
823 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
824 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
825 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
826 @end defun
828 @defun address_operand
829 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
830 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
831 @var{mode}, again determined by the weak form of
832 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
833 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
834 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
835 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
836 the mode @var{mode}.
837 @end defun
839 @defun indirect_operand
840 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
841 memory references with a @code{general_operand} as the address
842 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
843 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
844 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
845 different requirements for memory operands for different instructions,
846 it is better to define target-specific predicates which enforce the
847 hardware's requirements explicitly.
848 @end defun
850 @defun push_operand
851 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
852 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
853 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
854 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
855 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
856 @end defun
858 @defun pop_operand
859 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
860 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
861 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
862 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
863 @end defun
865 @noindent
866 The fourth category of predicates allow some combination of the above
867 operands.
869 @defun nonmemory_operand
870 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
871 @end defun
873 @defun nonimmediate_operand
874 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
875 @end defun
877 @defun general_operand
878 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
879 valid for @var{mode}.
880 @end defun
882 @noindent
883 Finally, there are two generic operator predicates.
885 @defun comparison_operator
886 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
887 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
888 expression code.
889 @end defun
891 @defun ordered_comparison_operator
892 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
893 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
894 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
895 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
896 @code{ge}, @code{geu}.
897 @end defun
899 @node Defining Predicates
900 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
901 @cindex defining predicates
902 @findex define_predicate
903 @findex define_special_predicate
905 Many machines have requirements for their operands that cannot be
906 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
907 additional predicates using @code{define_predicate} and
908 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
909 three operands:
911 @itemize @bullet
912 @item
913 The name of the predicate, as it will be referred to in
914 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
916 @item
917 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
918 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
919 the following RTL codes:
921 @table @code
922 @item MATCH_OPERAND
923 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
924 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
925 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
926 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
927 predicates and predicates that have already been defined.
929 @item MATCH_CODE
930 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
931 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
933 The first operand of this expression is a string constant containing a
934 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
935 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
937 The second operand is a string constant which indicates what
938 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
939 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
940 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
941 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
942 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
943 characters it is the result of the previous character.  A digit
944 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
945 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
946 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
947 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
948 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
949 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
950 object.
952 @item MATCH_TEST
953 This expression has one operand, a string constant containing a C
954 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
955 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
956 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
957 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
959 @item  AND
960 @itemx IOR
961 @itemx NOT
962 @itemx IF_THEN_ELSE
963 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
964 logical operators, which have the semantics of the C operators
965 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
966 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
967 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
968 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
969 @end table
971 @item
972 An optional block of C code, which should execute
973 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
974 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
975 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
976 available with those names.
978 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
979 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
980 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
981 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
982 code block that was checked in the RTL expression.
983 @end itemize
985 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
986 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
987 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
988 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
989 @code{MATCH_CODE}.
991 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
992 machine description:
994 @smallexample
995 @group
996 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
997 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
998   (and (match_code "symbol_ref")
999        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
1000 @end group
1001 @end smallexample
1003 @noindent
1004 And here is another, showing the use of the C block.
1006 @smallexample
1007 @group
1008 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1009 (define_predicate "gr_register_operand"
1010   (match_operand 0 "register_operand")
1012   unsigned int regno;
1013   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1014     op = SUBREG_REG (op);
1016   regno = REGNO (op);
1017   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1019 @end group
1020 @end smallexample
1022 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1023 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1024 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1025 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1026 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1027 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1028 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1029 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1030 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1031 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1032 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1033 @code{immediate_operand}.
1035 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1036 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1037 by @command{genrecog}.
1039 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1040 test predicates.  It also writes a header file containing function
1041 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1042 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1043 @end ifset
1045 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1046 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1047 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1048 @ifset INTERNALS
1049 @node Constraints
1050 @section Operand Constraints
1051 @cindex operand constraints
1052 @cindex constraints
1054 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1055 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1056 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1057 predicate.
1059 @end ifset
1060 @ifclear INTERNALS
1061 @node Constraints
1062 @section Constraints for @code{asm} Operands
1063 @cindex operand constraints, @code{asm}
1064 @cindex constraints, @code{asm}
1065 @cindex @code{asm} constraints
1067 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1068 @code{asm} operands.
1069 @end ifclear
1070 Constraints can say whether
1071 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1072 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1073 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1074 have.  Constraints can also require two operands to match.
1075 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1076 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1077 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1078 the addressing register.
1080 @ifset INTERNALS
1081 @menu
1082 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1083 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1084 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1085 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1086 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1087 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using attributes.
1088 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1089 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1090 @end menu
1091 @end ifset
1093 @ifclear INTERNALS
1094 @menu
1095 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1096 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1097 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1098 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1099 @end menu
1100 @end ifclear
1102 @node Simple Constraints
1103 @subsection Simple Constraints
1104 @cindex simple constraints
1106 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1107 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1108 the letters that are allowed:
1110 @table @asis
1111 @item whitespace
1112 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1113 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1114 be visually aligned in the machine description even if they have different
1115 number of constraints and modifiers.
1117 @cindex @samp{m} in constraint
1118 @cindex memory references in constraints
1119 @item @samp{m}
1120 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1121 supports in general.
1122 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1123 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1125 @cindex offsettable address
1126 @cindex @samp{o} in constraint
1127 @item @samp{o}
1128 A memory operand is allowed, but only if the address is
1129 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1130 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1131 may be added to the address and the result is also a valid memory
1132 address.
1134 @cindex autoincrement/decrement addressing
1135 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1136 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1137 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1138 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1139 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1140 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1141 addressing modes that the machine supports.
1143 Note that in an output operand which can be matched by another
1144 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1145 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1146 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1148 @cindex @samp{V} in constraint
1149 @item @samp{V}
1150 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1151 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1153 @cindex @samp{<} in constraint
1154 @item @samp{<}
1155 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1156 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1157 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1158 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1159 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1160 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1161 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1162 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1163 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1164 or @code{%P0} on IA-64.
1166 @cindex @samp{>} in constraint
1167 @item @samp{>}
1168 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1169 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1170 as for @samp{<} apply.
1172 @cindex @samp{r} in constraint
1173 @cindex registers in constraints
1174 @item @samp{r}
1175 A register operand is allowed provided that it is in a general
1176 register.
1178 @cindex constants in constraints
1179 @cindex @samp{i} in constraint
1180 @item @samp{i}
1181 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1182 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1183 assembly time or later.
1185 @cindex @samp{n} in constraint
1186 @item @samp{n}
1187 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1188 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1189 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1190 rather than @samp{i}.
1192 @cindex @samp{I} in constraint
1193 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1194 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1195 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1196 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1197 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1198 This is the range permitted as a shift count in the shift
1199 instructions.
1201 @cindex @samp{E} in constraint
1202 @item @samp{E}
1203 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1204 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1205 that of the host machine (on which the compiler is running).
1207 @cindex @samp{F} in constraint
1208 @item @samp{F}
1209 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1210 @code{const_vector}) is allowed.
1212 @cindex @samp{G} in constraint
1213 @cindex @samp{H} in constraint
1214 @item @samp{G}, @samp{H}
1215 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1216 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1218 @cindex @samp{s} in constraint
1219 @item @samp{s}
1220 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1221 allowed.
1223 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1224 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1225 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1226 better code to be generated.
1228 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1229 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1230 and 127, better code results from loading the value into a register and
1231 using the register.  This is because the load into the register can be
1232 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1233 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1234 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1235 constraints.
1237 @cindex @samp{g} in constraint
1238 @item @samp{g}
1239 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1240 registers that are not general registers.
1242 @cindex @samp{X} in constraint
1243 @item @samp{X}
1244 @ifset INTERNALS
1245 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1246 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1247 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1248 require a scratch register.
1249 @end ifset
1250 @ifclear INTERNALS
1251 Any operand whatsoever is allowed.
1252 @end ifclear
1254 @cindex @samp{0} in constraint
1255 @cindex digits in constraint
1256 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1257 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1258 digit is used together with letters within the same alternative, the
1259 digit should come last.
1261 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1262 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1263 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1264 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1265 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1266 can use multiple alternatives instead.
1268 @cindex matching constraint
1269 @cindex constraint, matching
1270 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1271 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1272 @ifset INTERNALS
1273 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1274 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1275 @end ifset
1276 @ifclear INTERNALS
1277 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1278 two input operands and an output operand, but on most CISC
1279 @end ifclear
1280 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1281 input-output operand:
1283 @smallexample
1284 addl #35,r12
1285 @end smallexample
1287 Matching constraints are used in these circumstances.
1288 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1289 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1290 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1291 constraint.
1293 @ifset INTERNALS
1294 For operands to match in a particular case usually means that they
1295 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1296 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1297 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1298 For proper results in such cases, the output template should always
1299 use the output-operand's number when printing the operand.
1300 @end ifset
1302 @cindex load address instruction
1303 @cindex push address instruction
1304 @cindex address constraints
1305 @cindex @samp{p} in constraint
1306 @item @samp{p}
1307 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1308 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1310 @findex address_operand
1311 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1312 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1313 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1314 reference for which the address would be valid.
1316 @cindex other register constraints
1317 @cindex extensible constraints
1318 @item @var{other-letters}
1319 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1320 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1321 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1322 for data, address and floating point registers.
1323 @end table
1325 @ifset INTERNALS
1326 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1327 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1328 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1329 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1330 done by copying an operand into a register.
1332 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1334 @smallexample
1335 (define_insn ""
1336   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1337         (plus:SI (match_dup 0)
1338                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1339   ""
1340   "@dots{}")
1341 @end smallexample
1343 @noindent
1344 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1346 @smallexample
1347 (define_insn ""
1348   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1349         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1350                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1351   ""
1352   "@dots{}")
1353 @end smallexample
1355 @noindent
1356 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1357 identical.  If we are considering an insn of the form
1359 @smallexample
1360 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1366 @noindent
1367 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1368 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1369 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1370 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1371 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1372 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1373 results might look like this:
1375 @smallexample
1376 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1377   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1378   @dots{})
1380 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1381   (set (reg:SI 3)
1382        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1383   @dots{})
1384 @end smallexample
1386 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1387 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1388 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1389 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1390 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1391 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1392 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1393 reloading any possible operand so that it will fit.
1395 @itemize @bullet
1396 @item
1397 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1398 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1400 For example, an operand whose constraints permit everything except
1401 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1403 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1404 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1405 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1406 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1407 more selective.
1409 @item
1410 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1411 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1412 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1413 compiler knows how to copy a register into another register of the
1414 proper class in order to make an instruction valid.
1416 @cindex nonoffsettable memory reference
1417 @cindex memory reference, nonoffsettable
1418 @item
1419 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1420 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1421 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1423 @item
1424 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1425 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1426 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1427 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1429 @item
1430 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1431 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1432 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1433 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1434 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1435 objects allowed by the constraint.
1436 @end itemize
1438 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1439 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1440 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1441 how to copy a register temporarily into memory.
1443 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1444 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1445 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1446 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1447 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1448 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1449 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1450 @code{sign_extend}.
1451 @end ifset
1453 @node Multi-Alternative
1454 @subsection Multiple Alternative Constraints
1455 @cindex multiple alternative constraints
1457 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1458 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1459 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1460 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1461 another.
1463 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1464 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1465 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1466 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1467 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1468 @ifset INTERNALS
1469 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1471 @smallexample
1472 (define_insn "iorsi3"
1473   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1474         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1475                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1476   @dots{})
1477 @end smallexample
1479 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1480 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1481 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1482 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1483 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1484 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1485 @end ifset
1487 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1488 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1489 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1490 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1491 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1492 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1493 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1495 @table @code
1496 @cindex @samp{?} in constraint
1497 @cindex question mark
1498 @item ?
1499 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1500 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1501 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1502 in it.
1504 @cindex @samp{!} in constraint
1505 @cindex exclamation point
1506 @item !
1507 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1508 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1509 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1511 @cindex @samp{^} in constraint
1512 @cindex caret
1513 @item ^
1514 This constraint is analogous to @samp{?} but it disparages slightly
1515 the alternative only if the operand with the @samp{?} needs a reload.
1517 @cindex @samp{$} in constraint
1518 @cindex dollar sign
1519 @item $
1520 This constraint is analogous to @samp{!} but it disparages severely
1521 the alternative only if the operand with the @samp{$} needs a reload.
1522 @end table
1524 @ifset INTERNALS
1525 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1526 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1527 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1528 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1529 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1530 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1531 @end ifset
1533 @ifset INTERNALS
1534 @node Class Preferences
1535 @subsection Register Class Preferences
1536 @cindex class preference constraints
1537 @cindex register class preference constraints
1539 @cindex voting between constraint alternatives
1540 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1541 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1542 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1543 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1544 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1545 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1546 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1547 favor of a general register.  The machine description says which registers
1548 are considered general.
1550 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1551 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1552 @end ifset
1554 @node Modifiers
1555 @subsection Constraint Modifier Characters
1556 @cindex modifiers in constraints
1557 @cindex constraint modifier characters
1559 @c prevent bad page break with this line
1560 Here are constraint modifier characters.
1562 @table @samp
1563 @cindex @samp{=} in constraint
1564 @item =
1565 Means that this operand is written to by this instruction:
1566 the previous value is discarded and replaced by new data.
1568 @cindex @samp{+} in constraint
1569 @item +
1570 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1572 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1573 it needs to know which operands are read by the instruction and
1574 which are written by it.  @samp{=} identifies an operand which is only
1575 written; @samp{+} identifies an operand that is both read and written; all
1576 other operands are assumed to only be read.
1578 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1579 first character of the constraint string.
1581 @cindex @samp{&} in constraint
1582 @cindex earlyclobber operand
1583 @item &
1584 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1585 @dfn{earlyclobber} operand, which is written before the instruction is
1586 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1587 in a register that is read by the instruction or as part of any memory
1588 address.
1590 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1591 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1592 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1593 @samp{movdf} insn of the 68000.
1595 A operand which is read by the instruction can be tied to an earlyclobber
1596 operand if its only use as an input occurs before the early result is
1597 written.  Adding alternatives of this form often allows GCC to produce
1598 better code when only some of the read operands can be affected by the
1599 earlyclobber. See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1601 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also a read/write
1602 operand, then that operand is written only after it's used.
1604 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.  As
1605 @dfn{earlyclobber} operands are always written, a read-only
1606 @dfn{earlyclobber} operand is ill-formed and will be rejected by the
1607 compiler.
1609 @cindex @samp{%} in constraint
1610 @item %
1611 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1612 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1613 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1614 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1615 the first character in the constraint.  Only read-only operands can use
1616 @samp{%}.
1618 @ifset INTERNALS
1619 This is often used in patterns for addition instructions
1620 that really have only two operands: the result must go in one of the
1621 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1622 instruction is defined:
1624 @smallexample
1625 (define_insn "addhi3"
1626   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1627      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1628               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1629   @dots{})
1630 @end smallexample
1631 @end ifset
1632 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1633 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1634 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1635 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1636 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1637 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1638 @samp{%} to make the intended insn match.
1640 @cindex @samp{#} in constraint
1641 @item #
1642 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1643 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1644 register preferences.
1646 @cindex @samp{*} in constraint
1647 @item *
1648 Says that the following character should be ignored when choosing
1649 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1650 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1651 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1652 following character matches the operand.
1654 @ifset INTERNALS
1655 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1656 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1657 copying it into an address register.  While either kind of register is
1658 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1659 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1660 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1661 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1662 register preferences.
1664 @smallexample
1665 (define_insn "extendhisi2"
1666   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1667         (sign_extend:SI
1668          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1669   @dots{})
1670 @end smallexample
1671 @end ifset
1672 @end table
1674 @node Machine Constraints
1675 @subsection Constraints for Particular Machines
1676 @cindex machine specific constraints
1677 @cindex constraints, machine specific
1679 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1680 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1681 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1682 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1683 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1684 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1685 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1686 immediate-constant format.
1688 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1689 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1690 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1691 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1692 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1693 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1694 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1695 table heading for each architecture is the definitive reference for
1696 the meanings of that architecture's constraints.
1698 @table @emph
1699 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1700 @table @code
1701 @item k
1702 The stack pointer register (@code{SP})
1704 @item w
1705 Floating point or SIMD vector register
1707 @item I
1708 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1709 instruction
1711 @item J
1712 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1713 instruction (once negated)
1715 @item K
1716 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1718 @item L
1719 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1721 @item M
1722 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1723 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1724 machine instructions depending on the value
1726 @item N
1727 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1728 pseudo instruction
1730 @item S
1731 An absolute symbolic address or a label reference
1733 @item Y
1734 Floating point constant zero
1736 @item Z
1737 Integer constant zero
1739 @item Ush
1740 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1741 within 4GB of the instruction
1743 @item Q
1744 A memory address which uses a single base register with no offset
1746 @item Ump
1747 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1748 DF modes
1750 @end table
1753 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1754 @table @code
1755 @item q
1756 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1757 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1758 option is in effect.
1760 @item e
1761 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1762 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1763 This constraint can only match when the @option{-mq}
1764 option is in effect.
1765 @item D
1766 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1768 @item I
1769 A signed 12-bit integer constant.
1771 @item Cal
1772 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1773 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1774 involving a PIC relocation.
1776 @item K
1777 A 3-bit unsigned integer constant.
1779 @item L
1780 A 6-bit unsigned integer constant.
1782 @item CnL
1783 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1785 @item CmL
1786 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1788 @item M
1789 A 5-bit unsigned integer constant.
1791 @item O
1792 A 7-bit unsigned integer constant.
1794 @item P
1795 A 8-bit unsigned integer constant.
1797 @item H
1798 Any const_double value.
1799 @end table
1801 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1802 @table @code
1803 @item w
1804 VFP floating-point register
1806 @item G
1807 The floating-point constant 0.0
1809 @item I
1810 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1811 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1812 multiple of 2
1814 @item J
1815 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1817 @item K
1818 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1820 @item L
1821 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1823 @item M
1824 Integer in the range 0 to 32
1826 @item Q
1827 A memory reference where the exact address is in a single register
1828 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1830 @item R
1831 An item in the constant pool
1833 @item S
1834 A symbol in the text segment of the current file
1836 @item Uv
1837 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1839 @item Uy
1840 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1842 @item Uq
1843 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1844 @end table
1846 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1847 @table @code
1848 @item l
1849 Registers from r0 to r15
1851 @item a
1852 Registers from r16 to r23
1854 @item d
1855 Registers from r16 to r31
1857 @item w
1858 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1860 @item e
1861 Pointer register (r26--r31)
1863 @item b
1864 Base pointer register (r28--r31)
1866 @item q
1867 Stack pointer register (SPH:SPL)
1869 @item t
1870 Temporary register r0
1872 @item x
1873 Register pair X (r27:r26)
1875 @item y
1876 Register pair Y (r29:r28)
1878 @item z
1879 Register pair Z (r31:r30)
1881 @item I
1882 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1884 @item J
1885 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1887 @item K
1888 Constant integer 2
1890 @item L
1891 Constant integer 0
1893 @item M
1894 Constant that fits in 8 bits
1896 @item N
1897 Constant integer @minus{}1
1899 @item O
1900 Constant integer 8, 16, or 24
1902 @item P
1903 Constant integer 1
1905 @item G
1906 A floating point constant 0.0
1908 @item Q
1909 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1910 @end table
1912 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
1913 @table @code
1914 @item U16
1915 An unsigned 16-bit constant.
1917 @item K
1918 An unsigned 5-bit constant.
1920 @item L
1921 A signed 11-bit constant.
1923 @item Cm1
1924 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
1925 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1927 @item Cl1
1928 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
1929 being a block of trailing zeroes.
1930 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1932 @item Cr1
1933 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
1934 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
1935 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1937 @item Cal
1938 Constant for arithmetic/logical operations.
1939 This is like @code{i}, except that for position independent code,
1940 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
1942 @item Csy
1943 Symbolic constant for call/jump instruction.
1945 @item Rcs
1946 The register class usable in short insns.  This is a register class
1947 constraint, and can thus drive register allocation.
1948 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
1949 in effect.
1951 @item Rsc
1952 The the register class of registers that can be used to hold a
1953 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
1955 @item Rct
1956 Core control register class.
1958 @item Rgs
1959 The register group usable in short insns.
1960 This constraint does not use a register class, so that it only
1961 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
1963 @ifset INTERNALS
1964 @item Car
1965 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
1966 For byte, halfword, or word addressing.
1967 @end ifset
1969 @item Rra
1970 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
1972 @item Rcc
1973 Matches the integer condition code register.
1975 @item Sra
1976 Matches the return address if it is in a stack slot.
1978 @item Cfm
1979 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
1980 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
1981 @end table
1983 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
1984 @table @code
1986 @item b
1987 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1989 @item t
1990 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
1992 @item p
1993 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
1995 @item I
1996 Signed constant that fits in 4 bits
1998 @item J
1999 Signed constant that fits in 5 bits
2001 @item K
2002 Signed constant that fits in 6 bits
2004 @item L
2005 Unsigned constant that fits in 4 bits
2007 @item M
2008 Signed constant that fits in 32 bits
2010 @item N
2011 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
2013 @item G
2014 Floating point constant that is legal for store immediate
2015 @end table
2017 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
2018 @table @code
2019 @item a
2020 General register 1
2022 @item f
2023 Floating point register
2025 @item q
2026 Shift amount register
2028 @item x
2029 Floating point register (deprecated)
2031 @item y
2032 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2034 @item Z
2035 Any register
2037 @item I
2038 Signed 11-bit integer constant
2040 @item J
2041 Signed 14-bit integer constant
2043 @item K
2044 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2046 @item L
2047 Signed 5-bit integer constant
2049 @item M
2050 Integer constant 0
2052 @item N
2053 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2055 @item O
2056 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2058 @item P
2059 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2060 and @code{extru} instructions
2062 @item S
2063 Integer constant 31
2065 @item U
2066 Integer constant 63
2068 @item G
2069 Floating-point constant 0.0
2071 @item A
2072 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2074 @item Q
2075 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2076 integer store instruction
2078 @item R
2079 A scaled or unscaled indexed memory operand
2081 @item T
2082 A memory operand for floating-point loads and stores
2084 @item W
2085 A register indirect memory operand
2086 @end table
2088 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
2089 @table @code
2090 @item b
2091 Address base register
2093 @item d
2094 Floating point register (containing 64-bit value)
2096 @item f
2097 Floating point register (containing 32-bit value)
2099 @item v
2100 Altivec vector register
2102 @item wa
2103 Any VSX register if the -mvsx option was used or NO_REGS.
2105 @item wd
2106 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
2108 @item wf
2109 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
2111 @item wg
2112 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
2114 @item wh
2115 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
2117 @item wi
2118 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
2120 @item wj
2121 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
2123 @item wk
2124 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
2126 @item wl
2127 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
2129 @item wm
2130 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
2132 @item wn
2133 No register (NO_REGS).
2135 @item wr
2136 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
2138 @item ws
2139 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
2141 @item wt
2142 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
2144 @item wu
2145 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
2147 @item wv
2148 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
2150 @item ww
2151 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
2153 @item wx
2154 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
2156 @item wy
2157 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
2159 @item wz
2160 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
2162 @item wD
2163 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
2165 @item wQ
2166 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
2167 instructions.
2169 @item h
2170 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
2172 @item q
2173 @samp{MQ} register
2175 @item c
2176 @samp{CTR} register
2178 @item l
2179 @samp{LINK} register
2181 @item x
2182 @samp{CR} register (condition register) number 0
2184 @item y
2185 @samp{CR} register (condition register)
2187 @item z
2188 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
2190 @item I
2191 Signed 16-bit constant
2193 @item J
2194 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
2195 @code{SImode} constants)
2197 @item K
2198 Unsigned 16-bit constant
2200 @item L
2201 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
2203 @item M
2204 Constant larger than 31
2206 @item N
2207 Exact power of 2
2209 @item O
2210 Zero
2212 @item P
2213 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
2215 @item G
2216 Floating point constant that can be loaded into a register with one
2217 instruction per word
2219 @item H
2220 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
2221 three instructions
2223 @item m
2224 Memory operand.
2225 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
2226 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
2227 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
2228 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2229 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2230 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2231 corresponding load or store instruction.  For example:
2233 @smallexample
2234 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2235 @end smallexample
2237 is correct but:
2239 @smallexample
2240 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2241 @end smallexample
2243 is not.
2245 @item es
2246 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2247 automodification of the base register.  This used to be useful when
2248 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
2249 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
2250 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2252 @item Q
2253 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2254 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2256 @item Z
2257 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2258 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2260 @item R
2261 AIX TOC entry
2263 @item a
2264 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2265 preferable for @code{asm} statements)
2267 @item S
2268 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2270 @item T
2271 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2273 @item U
2274 System V Release 4 small data area reference
2276 @item t
2277 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2279 @item W
2280 Vector constant that does not require memory
2282 @item j
2283 Vector constant that is all zeros.
2285 @end table
2287 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2288 @table @code
2289 @item R
2290 Legacy register---the eight integer registers available on all
2291 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2292 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2294 @item q
2295 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2296 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2298 @item Q
2299 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2300 @code{c}, and @code{d}.
2302 @ifset INTERNALS
2303 @item l
2304 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2305 access: that is, any general register except the stack pointer.
2306 @end ifset
2308 @item a
2309 The @code{a} register.
2311 @item b
2312 The @code{b} register.
2314 @item c
2315 The @code{c} register.
2317 @item d
2318 The @code{d} register.
2320 @item S
2321 The @code{si} register.
2323 @item D
2324 The @code{di} register.
2326 @item A
2327 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2328 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2329 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2330 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2332 @smallexample
2333 unsigned long long rdtsc (void)
2335   unsigned long long tick;
2336   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2337   return tick;
2339 @end smallexample
2341 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2342 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2344 @smallexample
2345 unsigned long long rdtsc (void)
2347   unsigned int tickl, tickh;
2348   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2349   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2351 @end smallexample
2354 @item f
2355 Any 80387 floating-point (stack) register.
2357 @item t
2358 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2360 @item u
2361 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2363 @item y
2364 Any MMX register.
2366 @item x
2367 Any SSE register.
2369 @item Yz
2370 First SSE register (@code{%xmm0}).
2372 @ifset INTERNALS
2373 @item Y2
2374 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2376 @item Yi
2377 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2379 @item Ym
2380 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2381 @end ifset
2383 @item I
2384 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2386 @item J
2387 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2389 @item K
2390 Signed 8-bit integer constant.
2392 @item L
2393 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2395 @item M
2396 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2398 @item N
2399 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2400 instructions).
2402 @ifset INTERNALS
2403 @item O
2404 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2405 @end ifset
2407 @item G
2408 Standard 80387 floating point constant.
2410 @item C
2411 Standard SSE floating point constant.
2413 @item e
2414 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2415 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2416 instructions).
2418 @item Z
2419 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2420 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2421 instructions).
2423 @end table
2425 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2426 @table @code
2427 @item a
2428 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2430 @item b
2431 Branch register
2433 @item c
2434 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2436 @item d
2437 Application register residing in M-unit
2439 @item e
2440 Application register residing in I-unit
2442 @item f
2443 Floating-point register
2445 @item m
2446 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2447 the operand can have postincrement and postdecrement which
2448 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2450 @item G
2451 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2453 @item I
2454 14-bit signed integer constant
2456 @item J
2457 22-bit signed integer constant
2459 @item K
2460 8-bit signed integer constant for logical instructions
2462 @item L
2463 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2465 @item M
2466 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2468 @item N
2469 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2471 @item O
2472 The constant zero
2474 @item P
2475 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2477 @item Q
2478 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2480 @item R
2481 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2483 @item S
2484 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2485 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2486 or @samp{>}.
2487 @end table
2489 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2490 @table @code
2491 @item a
2492 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2494 @item b
2495 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2497 @item c
2498 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2499 @code{icc0} to @code{icc3}).
2501 @item d
2502 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2504 @item e
2505 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2506 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2507 mode larger than 4 bytes.
2509 @item f
2510 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2512 @item h
2513 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2514 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2515 mode larger than 4 bytes.
2517 @item l
2518 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2520 @item q
2521 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2522 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2523 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2525 @item t
2526 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2528 @item u
2529 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2531 @item v
2532 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2534 @item w
2535 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2537 @item x
2538 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2539 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2540 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2542 @item z
2543 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2545 @item A
2546 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2548 @item B
2549 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2551 @item C
2552 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2554 @item G
2555 Floating point constant zero
2557 @item I
2558 6-bit signed integer constant
2560 @item J
2561 10-bit signed integer constant
2563 @item L
2564 16-bit signed integer constant
2566 @item M
2567 16-bit unsigned integer constant
2569 @item N
2570 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2571 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2573 @item O
2574 Constant zero
2576 @item P
2577 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2578 range of 1 to 2047.
2580 @end table
2582 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2583 @table @code
2584 @item a
2585 P register
2587 @item d
2588 D register
2590 @item z
2591 A call clobbered P register.
2593 @item q@var{n}
2594 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2595 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2597 @item D
2598 Even-numbered D register
2600 @item W
2601 Odd-numbered D register
2603 @item e
2604 Accumulator register.
2606 @item A
2607 Even-numbered accumulator register.
2609 @item B
2610 Odd-numbered accumulator register.
2612 @item b
2613 I register
2615 @item v
2616 B register
2618 @item f
2619 M register
2621 @item c
2622 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2624 @item C
2625 The CC register.
2627 @item t
2628 LT0 or LT1.
2630 @item k
2631 LC0 or LC1.
2633 @item u
2634 LB0 or LB1.
2636 @item x
2637 Any D, P, B, M, I or L register.
2639 @item y
2640 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2641 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2643 @item w
2644 Any register except accumulators or CC.
2646 @item Ksh
2647 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2649 @item Kuh
2650 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2652 @item Ks7
2653 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2655 @item Ku7
2656 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2658 @item Ku5
2659 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2661 @item Ks4
2662 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2664 @item Ks3
2665 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2667 @item Ku3
2668 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2670 @item P@var{n}
2671 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2673 @item PA
2674 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2675 use with either accumulator.
2677 @item PB
2678 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2679 use only with accumulator A1.
2681 @item M1
2682 Constant 255.
2684 @item M2
2685 Constant 65535.
2687 @item J
2688 An integer constant with exactly a single bit set.
2690 @item L
2691 An integer constant with all bits set except exactly one.
2693 @item H
2695 @item Q
2696 Any SYMBOL_REF.
2697 @end table
2699 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2700 @table @code
2701 @item Rsp
2702 @itemx Rfb
2703 @itemx Rsb
2704 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2706 @item Rcr
2707 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2708 registers are 24 bits wide)
2710 @item Rcl
2711 Any control register, when they're 24 bits wide.
2713 @item R0w
2714 @itemx R1w
2715 @itemx R2w
2716 @itemx R3w
2717 $r0, $r1, $r2, $r3.
2719 @item R02
2720 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2722 @item R13
2723 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2725 @item Rdi
2726 A register that can hold a 64 bit value.
2728 @item Rhl
2729 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2731 @item R23
2732 $r2 or $r3
2734 @item Raa
2735 Address registers
2737 @item Raw
2738 Address registers when they're 16 bits wide.
2740 @item Ral
2741 Address registers when they're 24 bits wide.
2743 @item Rqi
2744 Registers that can hold QI values.
2746 @item Rad
2747 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2749 @item Rsi
2750 Registers that can hold 32 bit values.
2752 @item Rhi
2753 Registers that can hold 16 bit values.
2755 @item Rhc
2756 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2757 registers.
2759 @item Rra
2760 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2762 @item Rfl
2763 The flags register.
2765 @item Rmm
2766 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2768 @item Rpi
2769 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2770 bit registers for m32cm, m32c).
2772 @item Rpa
2773 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2774 Used to match function return values.
2776 @item Is3
2777 @minus{}8 @dots{} 7
2779 @item IS1
2780 @minus{}128 @dots{} 127
2782 @item IS2
2783 @minus{}32768 @dots{} 32767
2785 @item IU2
2786 0 @dots{} 65535
2788 @item In4
2789 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2791 @item In5
2792 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2794 @item In6
2795 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2797 @item IM2
2798 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2800 @item Ilb
2801 An 8 bit value with exactly one bit set.
2803 @item Ilw
2804 A 16 bit value with exactly one bit set.
2806 @item Sd
2807 The common src/dest memory addressing modes.
2809 @item Sa
2810 Memory addressed using $a0 or $a1.
2812 @item Si
2813 Memory addressed with immediate addresses.
2815 @item Ss
2816 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2818 @item Sf
2819 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2821 @item Ss
2822 Memory addressed using the small base register ($sb).
2824 @item S1
2825 $r1h
2826 @end table
2828 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2829 @table @code
2831 @item a
2832 The $sp register.
2834 @item b
2835 The $tp register.
2837 @item c
2838 Any control register.
2840 @item d
2841 Either the $hi or the $lo register.
2843 @item em
2844 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2846 @item ex
2847 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2849 @item er
2850 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2852 @item h
2853 The $hi register.
2855 @item j
2856 The $rpc register.
2858 @item l
2859 The $lo register.
2861 @item t
2862 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2864 @item v
2865 The $gp register.
2867 @item x
2868 The coprocessor registers.
2870 @item y
2871 The coprocessor control registers.
2873 @item z
2874 The $0 register.
2876 @item A
2877 User-defined register set A.
2879 @item B
2880 User-defined register set B.
2882 @item C
2883 User-defined register set C.
2885 @item D
2886 User-defined register set D.
2888 @item I
2889 Offsets for $gp-rel addressing.
2891 @item J
2892 Constants that can be used directly with boolean insns.
2894 @item K
2895 Constants that can be moved directly to registers.
2897 @item L
2898 Small constants that can be added to registers.
2900 @item M
2901 Long shift counts.
2903 @item N
2904 Small constants that can be compared to registers.
2906 @item O
2907 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2909 @item S
2910 Signed 8-bit immediates.
2912 @item T
2913 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2915 @item U
2916 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2918 @item W
2919 The top half of a symbol's value.
2921 @item Y
2922 A register indirect address without offset.
2924 @item Z
2925 Symbolic references to the control bus.
2927 @end table
2929 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2930 @table @code
2931 @item d
2932 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2934 @item z
2935 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2937 @end table
2939 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2940 @table @code
2941 @item d
2942 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2943 generating MIPS16 code.
2945 @item f
2946 A floating-point register (if available).
2948 @item h
2949 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2951 @item l
2952 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2953 no bigger than a word.
2955 @item x
2956 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2957 to store doubleword values.
2959 @item c
2960 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2961 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2963 @item v
2964 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2965 it is retained only for compatibility with glibc.
2967 @item y
2968 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2970 @item z
2971 A floating-point condition code register.
2973 @item I
2974 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2976 @item J
2977 Integer zero.
2979 @item K
2980 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2982 @item L
2983 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2984 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2986 @item M
2987 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2988 or @code{ori}.
2990 @item N
2991 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2993 @item O
2994 A signed 15-bit constant.
2996 @item P
2997 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2999 @item G
3000 Floating-point zero.
3002 @item R
3003 An address that can be used in a non-macro load or store.
3005 @item ZC
3006 A memory operand whose address is formed by a base register and offset
3007 that is suitable for use in instructions with the same addressing mode
3008 as @code{ll} and @code{sc}.
3010 @item ZD
3011 An address suitable for a @code{prefetch} instruction, or for any other
3012 instruction with the same addressing mode as @code{prefetch}.
3013 @end table
3015 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
3016 @table @code
3017 @item a
3018 Address register
3020 @item d
3021 Data register
3023 @item f
3024 68881 floating-point register, if available
3026 @item I
3027 Integer in the range 1 to 8
3029 @item J
3030 16-bit signed number
3032 @item K
3033 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
3035 @item L
3036 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
3038 @item M
3039 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
3041 @item N
3042 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
3044 @item O
3045 16 (for rotate using swap)
3047 @item P
3048 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
3050 @item R
3051 Numbers that mov3q can handle
3053 @item G
3054 Floating point constant that is not a 68881 constant
3056 @item S
3057 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
3059 @item T
3060 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
3062 @item Q
3063 Address register indirect addressing mode
3065 @item U
3066 Register offset addressing
3068 @item W
3069 const_call_operand
3071 @item Cs
3072 symbol_ref or const
3074 @item Ci
3075 const_int
3077 @item C0
3078 const_int 0
3080 @item Cj
3081 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
3083 @item Cmvq
3084 Integers valid for mvq
3086 @item Capsw
3087 Integers valid for a moveq followed by a swap
3089 @item Cmvz
3090 Integers valid for mvz
3092 @item Cmvs
3093 Integers valid for mvs
3095 @item Ap
3096 push_operand
3098 @item Ac
3099 Non-register operands allowed in clr
3101 @end table
3103 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
3104 @table @code
3105 @item A
3106 An absolute address
3108 @item B
3109 An offset address
3111 @item W
3112 A register indirect memory operand
3114 @item I
3115 A constant in the range of 0 to 255.
3117 @item N
3118 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
3120 @end table
3122 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
3123 @table @code
3125 @item R12
3126 Register R12.
3128 @item R13
3129 Register R13.
3131 @item K
3132 Integer constant 1.
3134 @item L
3135 Integer constant -1^20..1^19.
3137 @item M
3138 Integer constant 1-4.
3140 @item Ya
3141 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
3143 @item Yl
3144 Memory reference, labels only.
3146 @item Ys
3147 Memory reference, stack only.
3149 @end table
3151 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
3152 @table @code
3153 @item w
3154 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
3155 @item l
3156 LOW register class $r0 to $r7.
3157 @item d
3158 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
3159 @item h
3160 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
3161 @item t
3162 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
3163 @item k
3164 Stack register $sp.
3165 @item Iu03
3166 Unsigned immediate 3-bit value.
3167 @item In03
3168 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
3169 @item Iu04
3170 Unsigned immediate 4-bit value.
3171 @item Is05
3172 Signed immediate 5-bit value.
3173 @item Iu05
3174 Unsigned immediate 5-bit value.
3175 @item In05
3176 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
3177 @item Ip05
3178 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
3179 @item Iu06
3180 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
3181 @item Iu08
3182 Unsigned immediate 8-bit value.
3183 @item Iu09
3184 Unsigned immediate 9-bit value.
3185 @item Is10
3186 Signed immediate 10-bit value.
3187 @item Is11
3188 Signed immediate 11-bit value.
3189 @item Is15
3190 Signed immediate 15-bit value.
3191 @item Iu15
3192 Unsigned immediate 15-bit value.
3193 @item Ic15
3194 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
3195 @item Ie15
3196 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
3197 @item It15
3198 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
3199 @item Ii15
3200 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
3201 and ok for bitci instruction.
3202 @item Is16
3203 Signed immediate 16-bit value.
3204 @item Is17
3205 Signed immediate 17-bit value.
3206 @item Is19
3207 Signed immediate 19-bit value.
3208 @item Is20
3209 Signed immediate 20-bit value.
3210 @item Ihig
3211 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
3212 @item Izeb
3213 The immediate value 0xff.
3214 @item Izeh
3215 The immediate value 0xffff.
3216 @item Ixls
3217 The immediate value 0x01.
3218 @item Ix11
3219 The immediate value 0x7ff.
3220 @item Ibms
3221 The immediate value with power of 2.
3222 @item Ifex
3223 The immediate value with power of 2 minus 1.
3224 @item U33
3225 Memory constraint for 333 format.
3226 @item U45
3227 Memory constraint for 45 format.
3228 @item U37
3229 Memory constraint for 37 format.
3230 @end table
3232 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
3233 @table @code
3235 @item I
3236 Integer that is valid as an immediate operand in an
3237 instruction taking a signed 16-bit number. Range
3238 @minus{}32768 to 32767.
3240 @item J
3241 Integer that is valid as an immediate operand in an
3242 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
3243 0 to 65535.
3245 @item K
3246 Integer that is valid as an immediate operand in an
3247 instruction taking only the upper 16-bits of a
3248 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
3249 16-bits being 0.
3251 @item L
3252 Integer that is valid as an immediate operand for a 
3253 shift instruction. Range 0 to 31.
3255 @item M
3256 Integer that is valid as an immediate operand for
3257 only the value 0. Can be used in conjunction with
3258 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
3259 instead of @code{0} in the assembly output.
3261 @item N
3262 Integer that is valid as an immediate operand for
3263 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
3265 @item S
3266 Matches immediates which are addresses in the small
3267 data section and therefore can be added to @code{gp}
3268 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
3270 @ifset INTERNALS
3271 @item T
3272 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
3273 representing a supported PIC or TLS relocation.
3274 @end ifset
3276 @end table
3278 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
3279 @table @code
3280 @item a
3281 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
3282 memory with a single instruction.
3284 @item d
3285 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
3286 16-bit multiply operations.
3288 @item f
3289 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
3291 @item G
3292 Floating point constant 0.
3294 @item I
3295 An integer constant that fits in 16 bits.
3297 @item J
3298 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
3300 @item K
3301 An integer constant that does not meet the constraints for codes
3302 @samp{I} or @samp{J}.
3304 @item L
3305 The integer constant 1.
3307 @item M
3308 The integer constant @minus{}1.
3310 @item N
3311 The integer constant 0.
3313 @item O
3314 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
3315 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
3316 variable-length shift.
3318 @item Q
3319 A memory reference which requires an additional word (address or
3320 offset) after the opcode.
3322 @item R
3323 A memory reference that is encoded within the opcode.
3325 @end table
3327 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3328 @table @code
3330 @item Int3
3331 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3332 @item Int8
3333 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3334 @item J
3335 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3336 @item K
3337 The integer constant 1.
3338 @item L
3339 The integer constant -1.
3340 @item M
3341 The integer constant 0.
3342 @item N
3343 The integer constant 2.
3344 @item O
3345 The integer constant -2.
3346 @item P
3347 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3348 @item Qbi
3349 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3350 @item Qsc
3351 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3352 @item Wab
3353 A memory reference with an absolute address.
3354 @item Wbc
3355 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3356 @item Wca
3357 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3358 @item Wcv
3359 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3360 @item Wd2
3361 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3362 @item Wde
3363 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3364 @item Wfr
3365 Any memory reference to an address in the far address space.
3366 @item Wh1
3367 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3368 @item Whb
3369 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3370 @item Whl
3371 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3372 @item Ws1
3373 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3374 @item Y
3375 Any memory reference to an address in the near address space.
3376 @item A
3377 The @code{AX} register.
3378 @item B
3379 The @code{BC} register.
3380 @item D
3381 The @code{DE} register.
3382 @item R
3383 @code{A} through @code{L} registers.
3384 @item S
3385 The @code{SP} register.
3386 @item T
3387 The @code{HL} register.
3388 @item Z08W
3389 The 16-bit @code{R8} register.
3390 @item Z10W
3391 The 16-bit @code{R10} register.
3392 @item Zint
3393 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3394 @item a
3395 The @code{A} register.
3396 @item b
3397 The @code{B} register.
3398 @item c
3399 The @code{C} register.
3400 @item d
3401 The @code{D} register.
3402 @item e
3403 The @code{E} register.
3404 @item h
3405 The @code{H} register.
3406 @item l
3407 The @code{L} register.
3408 @item v
3409 The virtual registers.
3410 @item w
3411 The @code{PSW} register.
3412 @item x
3413 The @code{X} register.
3415 @end table
3417 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3418 @table @code
3419 @item Q
3420 An address which does not involve register indirect addressing or
3421 pre/post increment/decrement addressing.
3423 @item Symbol
3424 A symbol reference.
3426 @item Int08
3427 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3429 @item Sint08
3430 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3432 @item Sint16
3433 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3435 @item Sint24
3436 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3438 @item Uint04
3439 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3441 @end table
3443 @need 1000
3444 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3445 @table @code
3446 @item f
3447 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3448 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3450 @item e
3451 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3452 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3453 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3455 @item c
3456 Floating-point condition code register.
3458 @item d
3459 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3460 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3462 @item b
3463 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3464 when the Visual Instruction Set is available.
3466 @item h
3467 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3469 @item C
3470 The constant all-ones, for floating-point.
3472 @item A
3473 Signed 5-bit constant
3475 @item D
3476 A vector constant
3478 @item I
3479 Signed 13-bit constant
3481 @item J
3482 Zero
3484 @item K
3485 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3486 loaded with the @code{sethi} instruction)
3488 @item L
3489 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3490 signed immediate)
3492 @item M
3493 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3494 signed immediate)
3496 @item N
3497 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3498 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3499 modes wider than @code{SImode}
3501 @item O
3502 The constant 4096
3504 @item G
3505 Floating-point zero
3507 @item H
3508 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3510 @item P
3511 The constant -1
3513 @item Q
3514 Floating-point constant whose integral representation can
3515 be moved into an integer register using a single sethi
3516 instruction
3518 @item R
3519 Floating-point constant whose integral representation can
3520 be moved into an integer register using a single mov
3521 instruction
3523 @item S
3524 Floating-point constant whose integral representation can
3525 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3526 instruction sequence
3528 @item T
3529 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3531 @item U
3532 Even register
3534 @item W
3535 Memory address for @samp{e} constraint registers
3537 @item w
3538 Memory address with only a base register
3540 @item Y
3541 Vector zero
3543 @end table
3545 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3546 @table @code
3547 @item a
3548 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3550 @item c
3551 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3553 @item d
3554 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3556 @item f
3557 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3559 @item A
3560 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3562 @item B
3563 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3565 @item C
3566 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3568 @item D
3569 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3571 @item I
3572 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3574 @item J
3575 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3577 @item K
3578 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3580 @item M
3581 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3583 @item N
3584 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3586 @item O
3587 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3589 @item P
3590 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3592 @item R
3593 Call operand, reg, for indirect calls
3595 @item S
3596 Call operand, symbol, for relative calls.
3598 @item T
3599 Call operand, const_int, for absolute calls.
3601 @item U
3602 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3604 @item W
3605 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3607 @item Y
3608 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3610 @item Z
3611 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3613 @end table
3615 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3616 @table @code
3617 @item a
3618 Address register (general purpose register except r0)
3620 @item c
3621 Condition code register
3623 @item d
3624 Data register (arbitrary general purpose register)
3626 @item f
3627 Floating-point register
3629 @item I
3630 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3632 @item J
3633 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3635 @item K
3636 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3638 @item L
3639 Value appropriate as displacement.
3640 @table @code
3641 @item (0..4095)
3642 for short displacement
3643 @item (@minus{}524288..524287)
3644 for long displacement
3645 @end table
3647 @item M
3648 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3650 @item N
3651 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3652 @table @code
3653 @item 0..9:
3654 number of the part counting from most to least significant
3655 @item H,Q:
3656 mode of the part
3657 @item D,S,H:
3658 mode of the containing operand
3659 @item 0,F:
3660 value of the other parts (F---all bits set)
3661 @end table
3662 The constraint matches if the specified part of a constant
3663 has a value different from its other parts.
3665 @item Q
3666 Memory reference without index register and with short displacement.
3668 @item R
3669 Memory reference with index register and short displacement.
3671 @item S
3672 Memory reference without index register but with long displacement.
3674 @item T
3675 Memory reference with index register and long displacement.
3677 @item U
3678 Pointer with short displacement.
3680 @item W
3681 Pointer with long displacement.
3683 @item Y
3684 Shift count operand.
3686 @end table
3688 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3689 @table @code
3690 @item a
3691 Register r0.
3693 @item b
3694 Register r1.
3696 @item c
3697 Register r2.
3699 @item d
3700 Register r8.
3702 @item e
3703 Registers r0 through r7.
3705 @item t
3706 Registers r0 and r1.
3708 @item y
3709 The carry register.
3711 @item z
3712 Registers r8 and r9.
3714 @item I
3715 A constant between 0 and 3 inclusive.
3717 @item J
3718 A constant that has exactly one bit set.
3720 @item K
3721 A constant that has exactly one bit clear.
3723 @item L
3724 A constant between 0 and 255 inclusive.
3726 @item M
3727 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3729 @item N
3730 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3732 @item O
3733 A constant between 1 and 4 inclusive.
3735 @item P
3736 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3738 @item Q
3739 A memory reference that is a stack push.
3741 @item R
3742 A memory reference that is a stack pop.
3744 @item S
3745 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3747 @item T
3748 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3750 @item U
3751 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3753 @item Z
3754 The constant 0.
3756 @end table
3758 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3759 @table @code
3760 @item a
3761 Register file A (A0--A31).
3763 @item b
3764 Register file B (B0--B31).
3766 @item A
3767 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3768 higher, A1 and A2 otherwise).
3770 @item B
3771 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3773 @item C
3774 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3776 @item Da
3777 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3778 plus A0 if not C64X or higher).
3780 @item Db
3781 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3783 @item Iu4
3784 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3786 @item Iu5
3787 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3789 @item In5
3790 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3792 @item Is5
3793 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3795 @item I5x
3796 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3798 @item IuB
3799 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3801 @item IsB
3802 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3804 @item IsC
3805 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3807 @item Jc
3808 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3810 @item Js
3811 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3813 @item Q
3814 Memory location with A base register.
3816 @item R
3817 Memory location with B base register.
3819 @ifset INTERNALS
3820 @item S0
3821 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3823 @item S1
3824 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3826 @item Si
3827 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3829 @item T
3830 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3832 @item W
3833 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3835 @end ifset
3836 @item Z
3837 Register B14 (aka DP).
3839 @end table
3841 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3842 @table @code
3843 @item R00
3844 @itemx R01
3845 @itemx R02
3846 @itemx R03
3847 @itemx R04
3848 @itemx R05
3849 @itemx R06
3850 @itemx R07
3851 @itemx R08
3852 @itemx R09
3853 @itemx R10
3854 Each of these represents a register constraint for an individual
3855 register, from r0 to r10.
3857 @item I
3858 Signed 8-bit integer constant.
3860 @item J
3861 Signed 16-bit integer constant.
3863 @item K
3864 Unsigned 16-bit integer constant.
3866 @item L
3867 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3868 (@minus{}129 @dots{} 126).
3870 @item m
3871 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3872 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3873 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3875 @smallexample
3876 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3877 @end smallexample
3879 @item M
3880 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3882 @item N
3883 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3885 @item O
3886 The integer zero constant.
3888 @item P
3889 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3891 @item Q
3892 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3893 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3895 @item S
3896 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3898 @item T
3899 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3901 @item U
3902 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3903 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3905 @item W
3906 An 8-element vector constant with identical elements.
3908 @item Y
3909 A 4-element vector constant with identical elements.
3911 @item Z0
3912 The integer constant 0xffffffff.
3914 @item Z1
3915 The integer constant 0xffffffff00000000.
3917 @end table
3919 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
3920 @table @code
3921 @item R00
3922 @itemx R01
3923 @itemx R02
3924 @itemx R03
3925 @itemx R04
3926 @itemx R05
3927 @itemx R06
3928 @itemx R07
3929 @itemx R08
3930 @itemx R09
3931 @itemx R10
3932 Each of these represents a register constraint for an individual
3933 register, from r0 to r10.
3935 @item I
3936 Signed 8-bit integer constant.
3938 @item J
3939 Signed 16-bit integer constant.
3941 @item K
3942 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
3944 @item L
3945 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3946 (@minus{}129 @dots{} 126).
3948 @item m
3949 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3950 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3951 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
3953 @smallexample
3954 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
3955 @end smallexample
3957 @item M
3958 A bit mask suitable for the MM instruction.
3960 @item N
3961 Integer constant that is a byte tiled out four times.
3963 @item O
3964 The integer zero constant.
3966 @item P
3967 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
3969 @item Q
3970 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3971 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3973 @item T
3974 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
3975 reference.
3977 @item U
3978 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3979 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3981 @item W
3982 A 4-element vector constant with identical elements.
3984 @item Y
3985 A 2-element vector constant with identical elements.
3987 @end table
3989 @item Visium---@file{config/visium/constraints.md}
3990 @table @code
3991 @item b
3992 EAM register @code{mdb}
3994 @item c
3995 EAM register @code{mdc}
3997 @item f
3998 Floating point register
4000 @ifset INTERNALS
4001 @item k
4002 Register for sibcall optimization
4003 @end ifset
4005 @item l
4006 General register, but not @code{r29}, @code{r30} and @code{r31}
4008 @item t
4009 Register @code{r1}
4011 @item u
4012 Register @code{r2}
4014 @item v
4015 Register @code{r3}
4017 @item G
4018 Floating-point constant 0.0
4020 @item J
4021 Integer constant in the range 0 .. 65535 (16-bit immediate)
4023 @item K
4024 Integer constant in the range 1 .. 31 (5-bit immediate)
4026 @item L
4027 Integer constant in the range @minus{}65535 .. @minus{}1 (16-bit negative immediate)
4029 @item M
4030 Integer constant @minus{}1
4032 @item O
4033 Integer constant 0
4035 @item P
4036 Integer constant 32
4037 @end table
4039 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4040 @table @code
4041 @item a
4042 General-purpose 32-bit register
4044 @item b
4045 One-bit boolean register
4047 @item A
4048 MAC16 40-bit accumulator register
4050 @item I
4051 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4053 @item J
4054 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4056 @item K
4057 Integer constant valid for BccI instructions
4059 @item L
4060 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4062 @end table
4064 @end table
4066 @ifset INTERNALS
4067 @node Disable Insn Alternatives
4068 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4069 @cindex enabled
4071 There are three insn attributes that may be used to selectively disable
4072 instruction alternatives:
4074 @table @code
4075 @item enabled
4076 Says whether an alternative is available on the current subtarget.
4078 @item preferred_for_size
4079 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4080 optimized for size.
4082 @item preferred_for_speed
4083 Says whether an enabled alternative should be used in code that is
4084 optimized for speed.
4085 @end table
4087 All these attributes should use @code{(const_int 1)} to allow an alternative
4088 or @code{(const_int 0)} to disallow it.  The attributes must be a static
4089 property of the subtarget; they cannot for example depend on the
4090 current operands, on the current optimization level, on the location
4091 of the insn within the body of a loop, on whether register allocation
4092 has finished, or on the current compiler pass.
4094 The @code{enabled} attribute is a correctness property.  It tells GCC to act
4095 as though the disabled alternatives were never defined in the first place.
4096 This is useful when adding new instructions to an existing pattern in
4097 cases where the new instructions are only available for certain cpu
4098 architecture levels (typically mapped to the @code{-march=} command-line
4099 option).
4101 In contrast, the @code{preferred_for_size} and @code{preferred_for_speed}
4102 attributes are strong optimization hints rather than correctness properties.
4103 @code{preferred_for_size} tells GCC which alternatives to consider when
4104 adding or modifying an instruction that GCC wants to optimize for size.
4105 @code{preferred_for_speed} does the same thing for speed.  Note that things
4106 like code motion can lead to cases where code optimized for size uses
4107 alternatives that are not preferred for size, and similarly for speed.
4109 Although @code{define_insn}s can in principle specify the @code{enabled}
4110 attribute directly, it is often clearer to have subsiduary attributes
4111 for each architectural feature of interest.  The @code{define_insn}s
4112 can then use these subsiduary attributes to say which alternatives
4113 require which features.  The example below does this for @code{cpu_facility}.
4115 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4116 attribute:
4118 @smallexample
4120 (define_insn "*movdi_old"
4121   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4122         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4123   "!TARGET_NEW"
4124   "lgr %0,%1")
4126 (define_insn "*movdi_new"
4127   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4128         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4129   "TARGET_NEW"
4130   "@@
4131    lgr  %0,%1
4132    ldgr %0,%1
4133    lgdr %0,%1")
4135 @end smallexample
4139 @smallexample
4141 (define_insn "*movdi_combined"
4142   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4143         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4144   ""
4145   "@@
4146    lgr  %0,%1
4147    ldgr %0,%1
4148    lgdr %0,%1"
4149   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4151 @end smallexample
4153 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4155 @smallexample
4157 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4159 (define_attr "enabled" ""
4160   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4161          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4162               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4163          (const_int 1)]
4164         (const_int 0)))
4166 @end smallexample
4168 @end ifset
4170 @ifset INTERNALS
4171 @node Define Constraints
4172 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4173 @cindex defining constraints
4174 @cindex constraints, defining
4176 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4177 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4178 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4179 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4181 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4182 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4183 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4184 must begin with a letter or underscore.
4186 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4187 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4188 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4189 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4190 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4191 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4193 Register constraints correspond directly to register classes.
4194 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4195 definitions.
4197 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4198 All three arguments are string constants.
4199 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4200 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4201 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4202 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4203 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4204 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4205 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4206 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4207 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4208 is not available on a given subarchitecture.
4210 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4211 constraint.  Docstrings are explained further below.
4212 @end deffn
4214 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4215 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
4216 constraint matches.
4218 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4219 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4220 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4221 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4222 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4223 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4224 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4225 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4226 might match, just like predicate expressions.
4228 @code{match_test} C expressions have access to the
4229 following variables:
4231 @table @var
4232 @item op
4233 The RTL object defining the operand.
4234 @item mode
4235 The machine mode of @var{op}.
4236 @item ival
4237 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4238 @item hval
4239 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4240 @code{const_double}.
4241 @item lval
4242 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4243 @code{const_double}.
4244 @item rval
4245 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4246 @code{const_double}.
4247 @end table
4249 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4250 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4251 object.
4252 @end deffn
4254 Most non-register constraints should be defined with
4255 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4256 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4257 by @code{reload} if they fail to match.
4259 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4260 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4261 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4262 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4263 base register (from the register class specified by
4264 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4266 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4267 memory references, but only those that do not make use of an index
4268 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4269 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4270 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4271 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4272 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4273 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4275 The syntax and semantics are otherwise identical to
4276 @code{define_constraint}.
4277 @end deffn
4279 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4280 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4281 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4282 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4283 with @var{X} a base register.
4285 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4286 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4287 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4288 the generic @samp{p} constraint.
4290 The syntax and semantics are otherwise identical to
4291 @code{define_constraint}.
4292 @end deffn
4294 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4295 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4296 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4297 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4298 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4299 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4300 it correctly:
4302 @smallexample
4303 @group
4304 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4305   "@var{doc}@dots{}"
4306   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4307        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4308 @end group
4309 @end smallexample
4310 @c the semicolons line up in the formatted manual
4312 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4313 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4315 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4316 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4317 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4318 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4319 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4320 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4321 causes a reload failure.
4323 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4324 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4325 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4326 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4328 @node C Constraint Interface
4329 @subsection Testing constraints from C
4330 @cindex testing constraints
4331 @cindex constraints, testing
4333 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4334 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4335 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4336 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4337 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4339 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4340 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4341 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4342 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4343 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4345 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4346 @example
4347 @multitable {Original} {Mangled}
4348 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4349 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4350 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4351 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4352 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4353 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4354 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4355 @end multitable
4356 @end example
4358 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4359 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4360 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4361 a larger identifier).
4363 @deftp Enum constraint_num
4364 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4365 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4366 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4367 argument expect one of these constants.
4368 @end deftp
4370 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4371 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4372 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4373 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4374 before @file{tm_p.h}.
4375 @end deftypefun
4377 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4378 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4379 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4380 specifies a register constraint, this function will always return
4381 @code{false}.
4382 @end deftypefun
4384 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4385 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4386 a register constraint, or those registers are not available for the
4387 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4388 @end deftypefun
4390 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4391 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4392 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4393 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4394 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4395 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4396 definition from the i386 machine description.)
4398 @smallexample
4399 (define_peephole2
4400   [(match_scratch:SI 3 "r")
4401    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4402         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4403                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4405   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4407   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4408    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4410   "")
4411 @end smallexample
4413 @node Standard Names
4414 @section Standard Pattern Names For Generation
4415 @cindex standard pattern names
4416 @cindex pattern names
4417 @cindex names, pattern
4419 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4420 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4421 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4422 pattern to accomplish a certain task.
4424 @table @asis
4425 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4426 @item @samp{mov@var{m}}
4427 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4428 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4429 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4431 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4432 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4433 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4434 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4435 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4436 outside the target word are left unchanged.
4438 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4439 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4440 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4441 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4442 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4444 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4445 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4446 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4447 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4448 into a register.
4450 @findex force_reg
4451 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4452 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4453 registers other than the operands.  For example, if you support the
4454 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4455 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4456 function which might generate new pseudo registers.
4458 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4459 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4460 some temporary registers.
4462 @findex change_address
4463 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4464 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4465 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4466 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4467 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4468 an address into a valid address and no routine (such as
4469 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4470 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4472 @findex reload_in_progress
4473 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4474 declared if required) can be used to determine whether such special
4475 handling is required.
4477 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4478 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4479 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4480 machines explicit memory references will get optional reloads.
4482 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4483 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4485 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4486 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4488 @findex can_create_pseudo_p
4489 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4490 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4491 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4493 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4494 register to any other hard register provided that
4495 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4496 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4497 of 2.
4499 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4500 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4501 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4502 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4503 point members.
4505 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4506 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4507 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4508 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4509 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4510 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4511 reload into a floating point register.
4513 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4514 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4515 @item @samp{reload_in@var{m}}
4516 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4517 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4518 @code{secondary_reload}.
4520 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4521 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4522 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4523 macro in @pxref{Register Classes}.
4525 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4526 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4527 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4528 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4529 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4530 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4531 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4532 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4533 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4534 for these patterns.
4536 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4537 @item @samp{movstrict@var{m}}
4538 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4539 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4540 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4541 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4543 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4544 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4545 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4546 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4547 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4548 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4549 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4551 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4552 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4554 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4555 @item @samp{load_multiple}
4556 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4557 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4558 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4559 number of consecutive registers.
4561 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4562 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4563 registers from memory is to do them one at a time.
4565 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4566 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4567 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4568 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4569 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4571 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4572 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4573 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4574 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4575 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4577 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4578 @item @samp{store_multiple}
4579 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4580 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4581 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4582 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4584 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4585 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4586 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4587 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4588 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4589 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4590 of elements.  The operation is equivalent to:
4592 @smallexample
4593 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4594 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4595   for (i = 0; i < c; i++)
4596     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4597 @end smallexample
4599 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4600 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4601 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4603 This pattern can only be used if:
4604 @smallexample
4605 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4606 @end smallexample
4607 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4608 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4609 loads for vectors of mode @var{n}.
4611 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4612 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4613 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4614 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4615 equivalent to:
4617 @smallexample
4618 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4619 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4620   for (i = 0; i < c; i++)
4621     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4622 @end smallexample
4624 for a memory operand 0 and register operand 1.
4626 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4627 @item @samp{vec_set@var{m}}
4628 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4629 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4631 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
4632 @item @samp{vec_extract@var{m}}
4633 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4634 specify field index and operand 0 place to store value into.
4636 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4637 @item @samp{vec_init@var{m}}
4638 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4639 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4641 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4642 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4643 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4644 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4645 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a
4646 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4647 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4648 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4649 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4650 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4652 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4653 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4654 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4655 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4656 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4657 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4659 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4660 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4661 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4662 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4663 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4665 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4666 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4667 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4668 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4669 mode @var{q}.
4671 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4672 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4673 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4674 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4676 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4677 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4678 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4679 specific constant permutation is available efficiently; the named
4680 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4682 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4683 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4684 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4686 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4687 @item @samp{push@var{m}1}
4688 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4689 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4690 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4691 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4692 method is deprecated.
4694 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4695 @item @samp{add@var{m}3}
4696 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4697 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4698 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4700 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
4701 @item @samp{addptr@var{m}3}
4702 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
4703 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
4704 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
4705 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
4706 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
4707 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
4708 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
4709 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
4711 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4712 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4713 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4714 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4715 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4716 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4717 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4718 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4719 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4720 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4721 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4722 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4723 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4724 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4725 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4726 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4727 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4728 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4729 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4730 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4731 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4732 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4733 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4734 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4735 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4736 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4737 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4738 Similar, for other arithmetic operations.
4740 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4741 @item @samp{fma@var{m}4}
4742 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4743 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
4744 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
4745 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
4746 the ISO C99 standard.
4748 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4749 @item @samp{fms@var{m}4}
4750 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4751 product instead of added to the product.  This is represented
4752 in the rtl as
4754 @smallexample
4755 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4756 @end smallexample
4758 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4759 @item @samp{fnma@var{m}4}
4760 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4761 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4762 in the rtl as
4764 @smallexample
4765 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4766 @end smallexample
4768 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4769 @item @samp{fnms@var{m}4}
4770 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4771 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4772 in the rtl as
4774 @smallexample
4775 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4776 @end smallexample
4778 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4779 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4780 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4781 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4782 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4783 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4785 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4786 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4787 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4788 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4789 operand 1, and the result is stored in the least significant bits of
4790 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4791 modes. These are legacy optabs, and platforms should prefer to implement
4792 @samp{reduc_smin_scal_@var{m}} and @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}.
4794 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4795 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4796 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4797 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4798 operand 1, and the result is stored in the least significant bits of
4799 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4800 modes. These are legacy optabs, and platforms should prefer to implement
4801 @samp{reduc_umin_scal_@var{m}} and @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}.
4803 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4804 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4805 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}, @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4806 Compute the sum of the signed/unsigned elements of a vector. The vector is
4807 operand 1, and the result is stored in the least significant bits of operand 0
4808 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4809 These are legacy optabs, and platforms should prefer to implement
4810 @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}.
4812 @cindex @code{reduc_smin_scal_@var{m}} instruction pattern
4813 @cindex @code{reduc_smax_scal_@var{m}} instruction pattern
4814 @item @samp{reduc_smin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_smax_scal_@var{m}}
4815 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4816 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
4817 the elements of the input vector.
4819 @cindex @code{reduc_umin_scal_@var{m}} instruction pattern
4820 @cindex @code{reduc_umax_scal_@var{m}} instruction pattern
4821 @item @samp{reduc_umin_scal_@var{m}}, @samp{reduc_umax_scal_@var{m}}
4822 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4823 operand 1, and operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of
4824 the elements of the input vector.
4826 @cindex @code{reduc_plus_scal_@var{m}} instruction pattern
4827 @item @samp{reduc_plus_scal_@var{m}}
4828 Compute the sum of the elements of a vector. The vector is operand 1, and
4829 operand 0 is the scalar result, with mode equal to the mode of the elements of
4830 the input vector.
4832 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4833 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4834 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4835 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
4836 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4837 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4838 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4839 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4840 is of the same mode as operand 3.
4842 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
4843 @item @samp{ssad@var{m}}
4844 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
4845 @item @samp{usad@var{m}}
4846 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
4847 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
4848 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
4849 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
4850 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
4852 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4853 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4854 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4855 @itemx @samp{usum_widen@var{m3}}
4856 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4857 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4858 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4859 of a wider mode.)
4861 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4862 @item @samp{vec_shr_@var{m}}
4863 Whole vector right shift in bits, i.e. towards element 0.
4864 Operand 1 is a vector to be shifted.
4865 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4866 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4867 The output and input vectors should have the same modes.
4869 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4870 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4871 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4872 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4873 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4874 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4876 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4877 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4878 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4879 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4880 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4881 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4882 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4883 saturating arithmetic.
4885 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4886 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4887 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4888 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4889 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4890 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4891 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4893 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4894 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4895 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4896 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4897 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4898 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4899 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4900 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4902 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4903 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4904 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4905 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4906 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4907 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4908 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4910 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4911 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4912 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4913 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4914 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4915 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4916 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4917 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4918 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4919 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4920 the output vector (operand 0).
4922 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4923 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
4924 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4925 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4926 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
4927 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
4928 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
4929 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
4930 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4931 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4932 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
4933 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
4934 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4935 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4936 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
4937 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
4938 pair if it is less efficient than lo/hi one.
4940 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4941 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4942 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4943 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4944 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
4945 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
4946 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
4947 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
4948 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
4949 output vector (operand 0).
4951 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4952 @item @samp{mulhisi3}
4953 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4954 a @code{SImode} product in operand 0.
4956 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4957 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4958 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4959 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4961 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4962 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4963 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4964 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4965 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4966 multiplication.
4968 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4969 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4970 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4971 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4972 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4973 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4974 multiplication.
4976 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4977 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4978 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4979 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4980 The least significant half of the product is discarded.
4982 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4983 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4984 Similar, but the multiplication is unsigned.
4986 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4987 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4988 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4989 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4990 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4991 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4992 the size of @var{m}.
4994 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4995 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4997 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4999 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5000 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
5001 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5002 operands instead of sign-extending them.
5004 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5005 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
5006 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5007 signed-saturating.
5009 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5010 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
5011 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5012 unsigned-saturating.
5014 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5015 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
5016 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
5017 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
5018 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
5019 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
5020 the size of @var{m}.
5022 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5023 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5024 from operand 3.
5026 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5028 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5029 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5030 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5031 operands instead of sign-extending them.
5033 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5034 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5035 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5036 signed-saturating.
5038 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5039 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5040 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5041 unsigned-saturating.
5043 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5044 @item @samp{divmod@var{m}4}
5045 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5046 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5047 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5049 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5050 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5051 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5052 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5053 and remainder are computed.
5055 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5056 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5057 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5058 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5059 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5061 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5062 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5063 Similar, but does unsigned division.
5065 @anchor{shift patterns}
5066 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5067 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5068 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5069 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5070 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5071 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5072 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5073 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5074 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
5075 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5076 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5078 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5079 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5080 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5081 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5082 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5083 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5084 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5086 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5087 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5088 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5089 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5090 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5091 @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}
5092 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5093 instead of a scalar type.
5095 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5096 @item @samp{bswap@var{m}2}
5097 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5099 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5100 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5101 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5102 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5103 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5105 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5106 @item @samp{abs@var{m}2}
5107 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5109 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5110 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5111 Store the square root of operand 1 into operand 0.
5113 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
5114 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
5115 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5116 type @code{float}.
5118 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5119 @item @samp{fmod@var{m}3}
5120 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5121 operand 0, rounded towards zero to an integer.
5123 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
5124 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
5125 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5126 type @code{float}.
5128 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5129 @item @samp{remainder@var{m}3}
5130 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5131 operand 0, rounded to the nearest integer.
5133 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
5134 which corresponds to the C data type @code{double} and the
5135 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
5136 to the C data type @code{float}.
5138 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5139 @item @samp{cos@var{m}2}
5140 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
5142 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
5143 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
5144 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5145 type @code{float}.
5147 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5148 @item @samp{sin@var{m}2}
5149 Store the sine of operand 1 into operand 0.
5151 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
5152 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
5153 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5154 type @code{float}.
5156 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5157 @item @samp{sincos@var{m}3}
5158 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5159 operand 2 into operand 1.
5161 The @code{sin} and @code{cos} built-in functions of C always use the
5162 mode which corresponds to the C data type @code{double} and the
5163 @code{sinf} and @code{cosf} built-in function use the mode which
5164 corresponds to the C data type @code{float}.
5165 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5166 implement this pattern as opposed to implementing individual
5167 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5168 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5169 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5170 left unused.
5172 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5173 @item @samp{exp@var{m}2}
5174 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
5176 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
5177 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
5178 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5179 type @code{float}.
5181 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5182 @item @samp{log@var{m}2}
5183 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
5185 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
5186 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
5187 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5188 type @code{float}.
5190 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5191 @item @samp{pow@var{m}3}
5192 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5193 into operand 0.
5195 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
5196 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
5197 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5198 type @code{float}.
5200 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5201 @item @samp{atan2@var{m}3}
5202 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5203 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5204 determine the quadrant of the result.
5206 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
5207 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
5208 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5209 type @code{float}.
5211 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5212 @item @samp{floor@var{m}2}
5213 Store the largest integral value not greater than argument.
5215 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
5216 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
5217 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5218 type @code{float}.
5220 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5221 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5222 Store the argument rounded to integer towards zero.
5224 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
5225 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
5226 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5227 type @code{float}.
5229 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5230 @item @samp{round@var{m}2}
5231 Store the argument rounded to integer away from zero.
5233 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
5234 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
5235 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5236 type @code{float}.
5238 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5239 @item @samp{ceil@var{m}2}
5240 Store the argument rounded to integer away from zero.
5242 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
5243 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
5244 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5245 type @code{float}.
5247 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5248 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5249 Store the argument rounded according to the default rounding mode
5251 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
5252 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
5253 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5254 type @code{float}.
5256 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5257 @item @samp{rint@var{m}2}
5258 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
5259 raise the inexact exception when the result differs in value from
5260 the argument
5262 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
5263 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
5264 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5265 type @code{float}.
5267 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5268 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5269 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5270 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5271 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5273 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5274 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5275 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5276 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5277 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5279 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5280 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5281 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5282 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5283 operand 0 (which has mode @var{n}).
5285 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5286 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5287 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5288 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5289 operand 0 (which has mode @var{n}).
5291 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5292 @item @samp{copysign@var{m}3}
5293 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5294 2 into operand 0.
5296 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
5297 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
5298 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5299 type @code{float}.
5301 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5302 @item @samp{ffs@var{m}2}
5303 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5304 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
5305 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5306 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5307 generating the instruction.
5309 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
5310 corresponds to the C data type @code{int}.
5312 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5313 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5314 Count leading redundant sign bits.
5315 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5316 at the most significant bit position.
5317 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5318 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5320 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5321 @item @samp{clz@var{m}2}
5322 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5323 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5324 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5325 the result is undefined or has a useful value.
5326 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5327 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5328 operand to that mode before generating the instruction.
5330 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5331 @item @samp{ctz@var{m}2}
5332 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5333 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5334 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5335 the result is undefined or has a useful value.
5336 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5337 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5338 operand to that mode before generating the instruction.
5340 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5341 @item @samp{popcount@var{m}2}
5342 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.  @var{m} is the
5343 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5344 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5345 generating the instruction.
5347 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5348 @item @samp{parity@var{m}2}
5349 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5350 in operand 1 modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
5351 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
5352 the operand to that mode before generating the instruction.
5354 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5355 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5356 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5358 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5359 @item @samp{movmem@var{m}}
5360 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5361 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5362 address in mode @code{Pmode}.
5364 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5365 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5366 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5367 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5368 a pattern with a
5369 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5370 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5371 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5373 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5374 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5375 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5376 it may provide the value 4 for this operand.
5378 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5379 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5380 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5381 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5382 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5384 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5385 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5386 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5387 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5388 individually moved data units in the block.
5390 These patterns need not give special consideration to the possibility
5391 that the source and destination strings might overlap.
5393 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5394 @item @samp{movstr}
5395 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5396 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5397 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5398 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5399 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5400 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5402 This patern has also several optional operands that are same as in
5403 @code{setmem}.
5405 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5406 @item @samp{setmem@var{m}}
5407 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5408 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5409 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5410 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5411 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5412 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5414 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5415 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5416 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5417 operand.
5419 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5420 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5421 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5422 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5423 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5424 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5425 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5426 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5427 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5429 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5431 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5432 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5433 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5434 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5435 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5436 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5437 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5438 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5439 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5440 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5441 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5442 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5444 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5445 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5446 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5447 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5448 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5449 @code{Pmode}.
5451 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5452 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5453 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5454 it may provide the value 4 for this operand.
5456 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5457 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5458 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5459 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5460 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5461 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5462 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5463 result of the comparison.
5465 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5466 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5467 Block compare instruction, with five operands like the operands
5468 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5469 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5470 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5471 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5472 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5473 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5474 the result of the comparison.
5476 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5477 @item @samp{strlen@var{m}}
5478 Compute the length of a string, with three operands.
5479 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5480 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5481 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5482 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5483 of the beginning of the string.
5485 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5486 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5487 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5488 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5489 @var{n}).
5491 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5492 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5493 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5494 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5495 @var{n}).
5497 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5498 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5499 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5500 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5501 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5502 the value of operand 1 is an integer.
5504 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5505 define the @code{ftrunc} pattern.
5507 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5508 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5509 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5510 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5511 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5512 value of operand 1 is an integer.
5514 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5515 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5516 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5517 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5518 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
5520 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5521 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
5522 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
5523 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5525 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5526 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
5527 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
5528 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5530 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5531 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
5532 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5533 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5534 point or both floating point.
5536 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5537 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
5538 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5539 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5540 point or both floating point.
5542 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5543 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
5544 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5545 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5546 point.
5548 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5549 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
5550 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5551 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5552 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5553 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5554 or fixed-point to floating-point.
5555 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5557 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5558 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
5559 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5560 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5561 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5562 or floating-point to fixed-point.
5563 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5564 results to the maximum or the minimum.
5566 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5567 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
5568 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5569 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5570 could be unsigned integer to fixed-point, or
5571 fixed-point to unsigned integer.
5572 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5574 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5575 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
5576 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
5577 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5578 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5579 results to the maximum or the minimum.
5581 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
5582 @item @samp{extv@var{m}}
5583 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
5584 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
5585 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
5586 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
5587 otherwise.
5589 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
5590 target-specific mode.
5592 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
5593 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
5594 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
5595 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
5596 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
5597 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5598 is true and from the least significant bit otherwise.
5600 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
5601 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
5603 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
5605 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
5606 @item @samp{extzv@var{m}}
5607 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
5609 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
5610 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
5611 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
5612 zero-extended.
5614 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
5615 @item @samp{insv@var{m}}
5616 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
5617 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
5618 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5619 is true and from the least significant bit otherwise.
5621 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
5622 target-specific mode.
5624 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
5625 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
5626 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
5627 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
5628 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
5629 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5630 is true and from the least significant bit otherwise.
5632 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
5633 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
5635 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
5637 @cindex @code{extv} instruction pattern
5638 @item @samp{extv}
5639 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
5640 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
5641 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
5642 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
5643 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
5644 be valid for @code{word_mode}.
5646 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5647 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
5649 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
5650 before it is stored in operand 0.
5652 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
5653 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
5655 @cindex @code{extzv} instruction pattern
5656 @item @samp{extzv}
5657 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
5659 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
5660 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
5662 @cindex @code{insv} instruction pattern
5663 @item @samp{insv}
5664 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
5665 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
5666 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
5667 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
5668 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
5670 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5671 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
5673 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
5674 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
5676 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
5677 @item @samp{mov@var{mode}cc}
5678 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
5679 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
5680 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
5682 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
5683 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
5684 conditionally move an integer value based on the floating point condition
5685 codes and vice versa.
5687 If the machine does not have conditional move instructions, do not
5688 define these patterns.
5690 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
5691 @item @samp{add@var{mode}cc}
5692 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
5693 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
5694 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
5695 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
5697 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
5698 @item @samp{cstore@var{mode}4}
5699 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
5700 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
5701 are the first and second operand of the comparison, respectively.
5702 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
5703 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
5704 mode you have used and supplies an operand of that mode.
5706 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
5707 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
5708 you should omit it from the machine description.  You describe to the
5709 compiler exactly which value is stored by defining the macro
5710 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
5711 found that can be used for all the possible comparison operators, you
5712 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
5713 onto the one you chose.
5715 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
5716 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
5717 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
5718 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
5719 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
5720 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
5722 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
5723 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
5724 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
5725 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
5726 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
5727 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
5728 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
5729 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
5730 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
5731 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
5732 from the machine description.
5734 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
5735 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
5736 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
5737 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
5738 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
5739 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
5741 @cindex @code{jump} instruction pattern
5742 @item @samp{jump}
5743 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
5744 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
5745 on all machines.
5747 @cindex @code{call} instruction pattern
5748 @item @samp{call}
5749 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
5750 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
5751 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
5752 operands.
5754 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
5755 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
5756 to put this information into the assembler code; they can put it in
5757 the RTL instead of operand 1.
5759 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
5760 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
5761 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
5762 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
5763 instruction, the pattern for this operation should be a
5764 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
5765 address into a register and uses that register in the call instruction.
5767 @cindex @code{call_value} instruction pattern
5768 @item @samp{call_value}
5769 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
5770 register in which the value is returned.  There are three more
5771 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
5772 instruction (but with numbers increased by one).
5774 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
5775 insn.
5777 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
5778 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
5779 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
5780 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
5781 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
5782 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
5783 adjustment made to the frame pointer.
5785 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
5786 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
5787 can be eliminated, if desired.
5789 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
5790 @item @samp{untyped_call}
5791 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
5792 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
5793 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
5794 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5795 the saving of a function return value into the result block.
5797 This instruction pattern should be defined to support
5798 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
5799 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
5800 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
5801 multiple registers that can hold a return value
5802 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
5804 @cindex @code{return} instruction pattern
5805 @item @samp{return}
5806 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5807 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5808 from a function.
5810 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
5811 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
5812 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
5813 some class of functions only requires one instruction to implement a
5814 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
5815 to save any registers or allocate stack space.
5817 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
5818 @code{simple_return} if no epilogue is required.
5820 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
5821 @item @samp{simple_return}
5822 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5823 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5824 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
5825 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
5826 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
5827 prologue has not been executed, and a function return should occur without
5828 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
5829 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
5831 @findex reload_completed
5832 @findex leaf_function_p
5833 For such machines, the condition specified in this pattern should only
5834 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
5835 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
5836 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
5837 a register window push is required.
5839 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5840 such as
5842 @smallexample
5843 (define_insn ""
5844   [(set (pc)
5845         (if_then_else (match_operator
5846                          0 "comparison_operator"
5847                          [(cc0) (const_int 0)])
5848                       (return)
5849                       (pc)))]
5850   "@var{condition}"
5851   "@dots{}")
5852 @end smallexample
5854 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5855 named @samp{return} pattern.
5857 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5858 @item @samp{untyped_return}
5859 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5860 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5861 instructions are needed to return a value of any type.
5863 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5864 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5865 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5866 the restoring of a function return value from the result block.
5868 @cindex @code{nop} instruction pattern
5869 @item @samp{nop}
5870 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5871 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5872 RTL pattern.
5874 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5875 @item @samp{indirect_jump}
5876 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5877 This pattern name is mandatory on all machines.
5879 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5880 @item @samp{casesi}
5881 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5882 This instruction takes five operands:
5884 @enumerate
5885 @item
5886 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5888 @item
5889 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5891 @item
5892 The total range of indices in the table---the largest index
5893 minus the smallest one (both inclusive).
5895 @item
5896 A label that precedes the table itself.
5898 @item
5899 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5900 @end enumerate
5902 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5903 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
5904 difference between the upper bound and the lower bound.
5906 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5907 @item @samp{tablejump}
5908 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5909 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5910 is no @samp{casesi} pattern.
5912 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5913 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5914 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5915 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5916 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5917 mode @code{Pmode}.
5919 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5920 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5921 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5922 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5925 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5926 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5927 Conditional branch instruction that decrements a register and
5928 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5929 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5930 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5932 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5933 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5934 reduction is enabled.
5936 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5937 @item @samp{doloop_end}
5938 Conditional branch instruction that decrements a register and
5939 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5940 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5941 register is nonzero.
5942 @xref{Looping Patterns}.
5944 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5945 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5946 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
5947 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
5948 low-overhead loops can be used.
5950 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5951 @item @samp{doloop_begin}
5952 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5953 need to perform some initialization, such as loading a special counter
5954 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
5955 operand 0 is the register that it decrements.
5957 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
5958 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5960 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5961 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5962 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5963 into operand 0.
5965 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5966 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5967 and also has mode @code{Pmode}.
5969 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5970 the address of the function which would be called if the function
5971 pointer were used in an indirect call.
5973 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5974 can have different values but still call the same function when
5975 used in an indirect call.
5977 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5978 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5979 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5980 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5981 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5982 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5983 @item @samp{save_stack_block}
5984 @itemx @samp{save_stack_function}
5985 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5986 @itemx @samp{restore_stack_block}
5987 @itemx @samp{restore_stack_function}
5988 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5989 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5990 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5991 such machines.
5993 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5994 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5995 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5996 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5997 saves and restores are:
5999 @enumerate
6000 @item
6001 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
6002 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
6003 restores the stack pointer when the block is exited.
6005 @item
6006 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
6007 similar job for the outermost block of a function and are used when the
6008 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
6009 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
6010 restore sequence on some machines.
6012 @item
6013 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
6014 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
6015 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
6016 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
6017 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
6018 and restoring additional data such as register window information or
6019 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
6020 such required data.
6021 @end enumerate
6023 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6024 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6025 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6026 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6027 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6028 for a particular type of save (either because no save is needed or
6029 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6030 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6031 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6032 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6034 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6035 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6036 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6038 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6039 @item @samp{allocate_stack}
6040 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6041 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6043 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6044 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6045 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6046 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6047 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6048 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6049 stack is free.
6051 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6052 Some machines require other operations such as stack probes or
6053 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6054 operations in addition to updating the stack pointer.
6056 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6057 @item @samp{check_stack}
6058 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6059 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6060 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6061 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6062 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6063 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6065 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6066 @item @samp{probe_stack_address}
6067 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6068 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6069 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6070 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6072 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6073 @item @samp{probe_stack}
6074 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6075 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6076 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6077 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6078 in the stack that needs to be probed.
6080 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6081 @item @samp{nonlocal_goto}
6082 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6083 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6084 each representing a value to be used in the jump.  The first
6085 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6086 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6087 the third is the address of a location where the stack is saved,
6088 and the last is the address of the label, to be placed in the
6089 location for the incoming static chain.
6091 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6092 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6093 and static chain, restore the stack (using the
6094 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6095 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6096 not work on your machine.
6098 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6099 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6100 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6101 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6102 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6103 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6104 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6105 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6106 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6107 There are no arguments.
6109 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6110 @item @samp{exception_receiver}
6111 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6112 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6113 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6114 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6115 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6116 an exception.  There are no arguments.
6118 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6119 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6120 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6121 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6122 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6123 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6124 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6125 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6126 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6127 the first three are normally used by the generic mechanism.
6129 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6130 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6131 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6132 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6133 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6134 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6135 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6136 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6137 at a small offset from that label.
6139 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6140 @item @samp{builtin_longjmp}
6141 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6142 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6143 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6144 @code{jmp_buf}.
6146 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6147 @item @samp{eh_return}
6148 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6149 and thence the call frame exception handling library routines, are
6150 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6151 the abnormal return path.
6153 The address of the exception handler to which the function should return
6154 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6155 the pattern to some special register or memory location.
6156 If the pattern needs to determine the location of the target call
6157 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6158 if defined; it will have already been assigned.
6160 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6161 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6162 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6163 handling is to be used.
6165 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6166 @anchor{prologue instruction pattern}
6167 @item @samp{prologue}
6168 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6169 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6170 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6172 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6173 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6175 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6176 instruction scheduling.
6178 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6179 @anchor{window_save instruction pattern}
6180 @item @samp{window_save}
6181 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6182 be defined if the target machine has register windows but the window events
6183 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6184 architecture.
6186 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6187 @anchor{epilogue instruction pattern}
6188 @item @samp{epilogue}
6189 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6190 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6191 registers and emitting the return instruction.
6193 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6194 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6196 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6197 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6199 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6200 @item @samp{sibcall_epilogue}
6201 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6202 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6203 sibling call (aka tail call) sites.
6205 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6206 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6207 function.
6209 @cindex @code{trap} instruction pattern
6210 @item @samp{trap}
6211 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6212 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
6213 front end to signal `invalid array index' exceptions.
6215 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6216 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6217 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6218 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6219 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6221 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6223 @smallexample
6224 (define_insn "ctrapsi4"
6225   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6226              [(match_operand 1 "register_operand")
6227               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6228             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6229   ""
6230   "@dots{}")
6231 @end smallexample
6233 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6234 @item @samp{prefetch}
6235 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6236 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6237 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6238 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6239 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6240 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6241 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6242 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6243 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6245 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6246 the values of operands 1 and 2.
6248 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6249 @item @samp{blockage}
6250 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6251 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6252 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6253 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6255 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6256 @item @samp{memory_barrier}
6257 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6258 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6259 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6260 This pattern has no operands.
6262 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6263 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6264 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6265 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6266 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6267 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6268 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6269 of the operation; it should contain the contents of the memory
6270 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6271 a copy of operand 2.
6273 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6275 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6276 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6277 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6278 after the atomic operation.
6280 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6281 operation is available via the status flags, it is possible to
6282 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6283 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6284 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6285 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6286 description includes such a set, the target should also define special
6287 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6288 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6289 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6290 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6292 For targets where the operating system may provide support for this
6293 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6294 may be initialized to a function with the same interface as the
6295 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6296 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6297 target can initialize all of the optabs at once with
6298 @code{init_sync_libfuncs}.
6299 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6300 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6301 interruptable locking.
6303 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6304 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6305 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6306 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6307 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6308 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6309 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6310 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6311 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6312 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6313 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6314 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6316 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6317 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6318 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6319 after the atomic operation.
6321 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6322 from a compare-and-swap operation, if defined.
6324 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6325 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6326 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6327 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6328 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6329 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6330 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6331 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6332 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6333 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6334 and return the value that the memory contained before the operation.
6335 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6336 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6337 to the binary operator.
6339 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6340 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6341 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6342 after the atomic operation.
6344 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6345 from a compare-and-swap operation, if defined.
6347 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6348 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6349 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6350 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6351 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6352 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6353 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6354 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6355 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6356 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6357 except that they return the value that exists in the memory location
6358 after the operation, rather than before the operation.
6360 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6361 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6362 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6363 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6364 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6365 is the value to set in the lock.
6367 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6368 which the previous value in memory operand is copied into the result
6369 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6371 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6372 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6373 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6374 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6375 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6377 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6378 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6379 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6381 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6382 a compare-and-swap operation, if defined.
6384 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6385 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6386 This pattern, if defined, releases a lock set by
6387 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6388 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6390 If the target doesn't implement full semantics for
6391 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6392 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6393 of the memory operand are implementation defined.
6395 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6396 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6397 released only after all previous memory operations have completed.
6399 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6400 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6402 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6403 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6404 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6405 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6406 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6407 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6408 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6409 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6410 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6411 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6412 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6413 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6414 if the operation fails.
6416 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6417 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6418 the memory model in operand 6 is issued.  
6420 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6421 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6423 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6424 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6425 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6427 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6428 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6429 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6431 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6432 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6433 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6434 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6435 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6436 the load operation.
6438 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6439 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6440 operation if a normal load would not be atomic.
6442 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6443 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6444 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6445 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6446 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6447 the operation.
6449 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6450 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6451 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6452 attempted with the result being ignored.
6454 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6455 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6456 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6457 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6458 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6459 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6460 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6462 If this pattern is not present, the built-in function
6463 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6464 compare and swap loop.
6466 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6467 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6468 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6469 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6470 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6471 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6472 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6473 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6474 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6475 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6476 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6477 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6478 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6480 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6481 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6482 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6484 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6485 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6486 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6487 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6488 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6489 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6490 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6491 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6492 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6493 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6494 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6495 operand which contains the value of the memory location before the 
6496 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
6497 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
6498 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6500 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6501 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
6502 loop will be used.
6504 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
6505 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
6506 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
6507 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
6508 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
6509 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
6510 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
6511 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
6512 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
6513 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6514 model semantics and return the result after the operation is performed.
6515 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
6516 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6517 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
6518 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6520 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6521 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
6522 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
6523 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
6524 used.
6526 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
6527 @item @samp{atomic_test_and_set}
6528 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
6529 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
6530 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
6531 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
6532 model to be used.
6534 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
6535 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
6536 instruction.
6538 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
6539 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
6540 This pattern emits code required to implement a thread fence with
6541 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6543 If this pattern is not specified, all memory models except
6544 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6545 barrier pattern.
6547 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
6548 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
6549 This pattern emits code required to implement a signal fence with
6550 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6552 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
6553 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
6554 instructions.
6556 If this pattern is not specified, all memory models except
6557 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6558 barrier pattern.
6560 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6561 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6562 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
6563 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
6564 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
6565 these are only needed if the target needs to support the
6566 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
6567 builtins.
6569 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
6570 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
6572 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
6573 @item @samp{stack_protect_set}
6574 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
6575 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
6576 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
6577 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
6578 having clobbered it.
6580 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
6582 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
6583 @item @samp{stack_protect_test}
6584 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
6585 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
6586 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
6587 were equal.
6589 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
6590 conditional branch pattern is used.
6592 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
6593 @item @samp{clear_cache}
6594 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
6595 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
6596 inclusive and operand 1 exclusive.
6598 If this pattern is not defined, a call to the library function
6599 @code{__clear_cache} is used.
6601 @end table
6603 @end ifset
6604 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
6605 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
6606 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
6607 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
6608 @ifset INTERNALS
6609 @node Pattern Ordering
6610 @section When the Order of Patterns Matters
6611 @cindex Pattern Ordering
6612 @cindex Ordering of Patterns
6614 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
6615 pattern that appears first in the machine description is the one used.
6616 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
6617 and faster instructions (those that will produce better code when they
6618 do match) should usually go first in the description.
6620 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
6621 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
6622 instruction for converting a fullword to floating point and another
6623 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
6624 an integer to floating point could match either one.  We put the
6625 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
6626 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
6627 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
6628 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
6629 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
6630 constant value.
6632 @end ifset
6633 @ifset INTERNALS
6634 @node Dependent Patterns
6635 @section Interdependence of Patterns
6636 @cindex Dependent Patterns
6637 @cindex Interdependence of Patterns
6639 In some cases machines support instructions identical except for the
6640 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
6641 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
6642 patterns are
6644 @smallexample
6645 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6646      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
6648 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6649      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
6650 @end smallexample
6652 @noindent
6653 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
6654 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
6655 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
6656 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
6657 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
6658 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
6660 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
6661 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
6662 compilations.
6664 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
6665 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
6666 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
6667 you should not provide separate patterns for increment and decrement
6668 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
6669 that supports register-register add insns by examining the operands and
6670 generating the appropriate machine instruction.
6672 @end ifset
6673 @ifset INTERNALS
6674 @node Jump Patterns
6675 @section Defining Jump Instruction Patterns
6676 @cindex jump instruction patterns
6677 @cindex defining jump instruction patterns
6679 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
6680 The machine description should define a single pattern, usually
6681 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
6683 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
6684 and a separate branch insn testing the condition code and branching
6685 or not according to its value.  For many machines, however,
6686 separating compares and branches is limiting, which is why the
6687 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
6688 The machine description becomes clearer for architectures that
6689 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
6690 works better when different sets of comparison operators are supported
6691 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
6692 or by conditional branches with respect to conditional stores.
6694 Two separate insns are always used if the machine description represents
6695 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
6696 and on most machines that use a separate condition code register
6697 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
6698 fact, the set and use of the condition code must be separate and
6699 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
6700 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
6701 so that the comparison and branch insns could be located from each other
6702 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
6704 Even in this case having a single entry point for conditional branches
6705 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
6706 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
6707 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
6708 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
6709 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
6710 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
6712 @end ifset
6713 @ifset INTERNALS
6714 @node Looping Patterns
6715 @section Defining Looping Instruction Patterns
6716 @cindex looping instruction patterns
6717 @cindex defining looping instruction patterns
6719 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
6720 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
6721 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
6722 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
6723 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
6724 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
6725 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
6726 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
6727 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
6728 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
6729 the jump.
6731 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
6732 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
6733 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
6734 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
6735 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
6736 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
6737 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
6738 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
6739 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
6740 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
6741 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
6742 following for its @code{dbra} instruction:
6744 @smallexample
6745 @group
6746 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6747   [(set (pc)
6748         (if_then_else
6749           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6750                        (const_int -1))
6751               (const_int 0))
6752           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6753           (pc)))
6754    (set (match_dup 0)
6755         (plus:SI (match_dup 0)
6756                  (const_int -1)))]
6757   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6758   "@dots{}")
6759 @end group
6760 @end smallexample
6762 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
6763 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
6764 since this insn is generated by the instruction combination phase
6765 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
6766 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
6767 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
6768 pattern will not be matched by the combiner.
6770 @smallexample
6771 @group
6772 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6773   [(set (pc)
6774         (if_then_else
6775           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6776               (const_int 1))
6777           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6778           (pc)))
6779    (set (match_dup 0)
6780         (plus:SI (match_dup 0)
6781                  (const_int -1)))]
6782   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6783   "@dots{}")
6784 @end group
6785 @end smallexample
6787 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
6788 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
6789 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
6790 information collected during strength reduction.
6792 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
6793 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
6794 is an optional companion pattern that can be used for initialization
6795 needed for some low-overhead looping instructions.
6797 Note that some machines require the actual looping instruction to be
6798 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
6799 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
6800 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
6801 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
6802 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
6803 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
6804 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
6805 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
6806 desired special iteration counter register was not allocated, this
6807 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
6808 instruction pair.
6810 The essential difference between the
6811 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
6812 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
6813 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
6814 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
6815 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
6816 may become redundant and removed by the flow pass.
6819 @end ifset
6820 @ifset INTERNALS
6821 @node Insn Canonicalizations
6822 @section Canonicalization of Instructions
6823 @cindex canonicalization of instructions
6824 @cindex insn canonicalization
6826 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
6827 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
6828 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
6829 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
6830 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
6831 number of insn patterns required.
6833 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
6834 are performed:
6836 @itemize @bullet
6837 @item
6838 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
6839 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
6840 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
6841 be supplied.
6843 @item
6844 For associative operators, a sequence of operators will always chain
6845 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
6846 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
6847 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
6848 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
6849 floating-point.
6851 @item
6852 @cindex @code{neg}, canonicalization of
6853 @cindex @code{not}, canonicalization of
6854 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6855 @cindex @code{plus}, canonicalization of
6856 @cindex @code{minus}, canonicalization of
6857 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
6858 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
6859 first operand.
6861 @item
6862 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
6863 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
6864 the operations as far as possible.  For instance,
6865 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
6866 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
6867 @code{(minus A (mult B C))}.
6869 @cindex @code{compare}, canonicalization of
6870 @item
6871 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
6872 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
6874 @item
6875 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
6876 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
6877 above.
6879 @item
6880 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
6881 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
6882 of @code{ltu}.
6884 @item
6885 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
6886 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
6888 @item
6889 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
6890 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
6892 @cindex @code{ior}, canonicalization of
6893 @cindex @code{and}, canonicalization of
6894 @cindex De Morgan's law
6895 @item
6896 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
6897 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
6898 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
6900 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
6901 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
6902 for that instruction as
6904 @smallexample
6905 (define_insn ""
6906   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6907         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6908                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
6909   "@dots{}"
6910   "@dots{}")
6911 @end smallexample
6913 @noindent
6914 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
6916 @smallexample
6917 (define_insn ""
6918   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6919         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6920                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
6921   "@dots{}"
6922   "@dots{}")
6923 @end smallexample
6925 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
6926 logically equivalent RTL expressions.
6928 @cindex @code{xor}, canonicalization of
6929 @item
6930 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
6931 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
6932 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
6934 @item
6935 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
6936 the form
6938 @smallexample
6939 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
6940 @end smallexample
6942 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
6943 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
6944 @item
6945 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
6946 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
6947 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
6949 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6950 @item
6951 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
6952 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
6953 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
6954 for @code{zero_extend}.
6956 @item
6957 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
6958 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
6959 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
6960 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
6961 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
6962 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
6963 This transformation is only applied when it can be proven that the
6964 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
6966 @end itemize
6968 Further canonicalization rules are defined in the function
6969 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
6971 @end ifset
6972 @ifset INTERNALS
6973 @node Expander Definitions
6974 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
6975 @cindex expander definitions
6976 @cindex code generation RTL sequences
6977 @cindex defining RTL sequences for code generation
6979 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
6980 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
6981 represent them.  For these target machines, you can write a
6982 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
6984 @findex define_expand
6985 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
6986 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
6987 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
6989 A @code{define_expand} RTX has four operands:
6991 @itemize @bullet
6992 @item
6993 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
6994 use for it is to refer to it by name.
6996 @item
6997 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
6998 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
6999 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
7001 @item
7002 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
7003 used to express how the availability of this pattern depends on
7004 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
7005 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
7006 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
7007 depend on the data in the insn being matched, but only the
7008 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
7009 during initialization in order to learn exactly which named instructions
7010 are available in a particular run.
7012 @item
7013 The preparation statements, a string containing zero or more C
7014 statements which are to be executed before RTL code is generated from
7015 the RTL template.
7017 Usually these statements prepare temporary registers for use as
7018 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
7019 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
7020 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7022 @item
7023 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7024 Attributes}.
7025 @end itemize
7027 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7028 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7029 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7032 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7033 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7034 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7036 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7037 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7038 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7039 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7040 information to preload the operand into a register if that is required for
7041 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7042 references should use @code{match_dup}.
7044 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7045 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7046 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7047 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7048 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7049 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7050 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7051 compute the values and store them into the appropriate elements of
7052 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7054 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7055 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7056 as a statement.
7058 @table @code
7060 @findex DONE
7061 @item DONE
7062 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7063 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7064 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7065 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7067 @findex FAIL
7068 @item FAIL
7069 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7070 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7071 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7073 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7074 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7075 operations.
7076 @end table
7078 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7079 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7080 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7081 insn.
7083 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7084 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7085 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7086 list of operands, such as this example:
7088 @smallexample
7089 @group
7090 (define_expand "addsi3"
7091   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7092    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7093    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7094 @end group
7095 @group
7096   ""
7097   "
7099   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7100   DONE;
7101 @}")
7102 @end group
7103 @end smallexample
7105 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7107 @smallexample
7108 @group
7109 (define_expand "ashlsi3"
7110   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7111         (ashift:SI
7112 @end group
7113 @group
7114           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7115           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7116   ""
7117   "
7118 @end group
7119 @end smallexample
7121 @smallexample
7122 @group
7124   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7125       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7126     FAIL;
7127 @}")
7128 @end group
7129 @end smallexample
7131 @noindent
7132 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7133 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7134 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7135 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7136 library call).
7138 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7139 patterns with names, then it would be possible to use a
7140 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7141 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7143 @smallexample
7144 (define_expand "zero_extendhisi2"
7145   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7146         (const_int 0))
7147    (set (strict_low_part
7148           (subreg:HI
7149             (match_dup 0)
7150             0))
7151         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7152   ""
7153   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7154 @end smallexample
7156 @noindent
7157 @findex make_safe_from
7158 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7159 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7160 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7161 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7162 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7163 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7164 by emitting another RTL insn.
7166 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7167 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7168 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7169 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7170 on this machine.  So it must be copied into a register with
7171 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7173 @smallexample
7174 (define_expand "zero_extendhisi2"
7175   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7176         (and:SI (subreg:SI
7177                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7178                   0)
7179                 (match_dup 2)))]
7180   ""
7181   "operands[2]
7182      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7183 @end smallexample
7185 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7186 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7187 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7188 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7189 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7190 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7191 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7192 in the compiler.
7194 @end ifset
7195 @ifset INTERNALS
7196 @node Insn Splitting
7197 @section Defining How to Split Instructions
7198 @cindex insn splitting
7199 @cindex instruction splitting
7200 @cindex splitting instructions
7202 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7203 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7204 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7205 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7206 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7207 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7208 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7209 cannot be placed into a delay slot.
7211 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7212 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7213 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7214 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7215 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7216 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7217 scheduling.
7219 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7220 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7221 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7222 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7223 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7224 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7225 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7226 split the addition into two insns is machine-dependent.
7228 @findex define_split
7229 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7230 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7232 @smallexample
7233 (define_split
7234   [@var{insn-pattern}]
7235   "@var{condition}"
7236   [@var{new-insn-pattern-1}
7237    @var{new-insn-pattern-2}
7238    @dots{}]
7239   "@var{preparation-statements}")
7240 @end smallexample
7242 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7243 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7244 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7245 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7246 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7247 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7249 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7250 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7251 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7252 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7253 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7254 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7255 must not allocate any space in the stack frame.
7257 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7258 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7259 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7260 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7261 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7262 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7263 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7264 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7265 of those definitions.
7267 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7268 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7269 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7271 @smallexample
7272 (define_split
7273   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7274         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7275   ""
7276   [(set (match_dup 0)
7277         (ashift:SI (match_dup 1)
7278                    (const_int 16)))
7279    (set (match_dup 0)
7280         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7281                      (const_int 16)))]
7282   "
7283 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7284 @end smallexample
7286 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7287 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7288 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7289 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7290 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7291 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7292 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7293 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7294 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7295 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7297 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7298 @file{rs6000.md}:
7300 @smallexample
7301 (define_split
7302   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7303         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7304                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7305   ""
7306   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7307    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7310   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7311   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7313   if (low & 0x8000)
7314     high++, low |= 0xffff0000;
7316   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7317   operands[4] = GEN_INT (low);
7318 @}")
7319 @end smallexample
7321 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7322 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7323 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7324 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7326 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7327 an equality comparison of a register and a large constant:
7329 @smallexample
7330 (define_split
7331   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7332         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7333                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7334    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7335   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7336    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7337        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7338   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7339    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7340   "
7342   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7343      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7344      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7346   int c = INTVAL (operands[2]);
7347   int sextc = (c << 16) >> 16;
7348   int xorv = c ^ sextc;
7350   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7351   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7352 @}")
7353 @end smallexample
7355 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7356 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7357 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7358 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7359 are not valid.
7361 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7362 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7363 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
7364 several restriction apply.
7366 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7367 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7368 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7369 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7370 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7371 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7372 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7373 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7374 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7375 forward jumps to the newly created labels.
7377 @findex define_insn_and_split
7378 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7379 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7380 this:
7382 @smallexample
7383 (define_insn_and_split
7384   [@var{insn-pattern}]
7385   "@var{condition}"
7386   "@var{output-template}"
7387   "@var{split-condition}"
7388   [@var{new-insn-pattern-1}
7389    @var{new-insn-pattern-2}
7390    @dots{}]
7391   "@var{preparation-statements}"
7392   [@var{insn-attributes}])
7394 @end smallexample
7396 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7397 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7398 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7399 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7400 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7401 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7402 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7403 from i386.md:
7405 @smallexample
7406 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7407   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7408      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7409    (clobber (reg:CC 17))]
7410   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7411   "#"
7412   "&& reload_completed"
7413   [(parallel [(set (match_dup 0)
7414                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7415               (clobber (reg:CC 17))])]
7416   ""
7417   [(set_attr "type" "alu1")])
7419 @end smallexample
7421 In this case, the actual split condition will be
7422 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7424 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7425 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7426 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7427 having to ensure the two patterns' templates match.
7429 @end ifset
7430 @ifset INTERNALS
7431 @node Including Patterns
7432 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7433 @cindex insn includes
7435 @findex include
7436 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7437 look for patterns that are in files other than in the file
7438 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7440 It looks like:
7442 @smallexample
7444 (include
7445   @var{pathname})
7446 @end smallexample
7448 For example:
7450 @smallexample
7452 (include "filestuff")
7454 @end smallexample
7456 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7457 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
7458 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
7461 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
7462 and placed into subdirectories.
7464 By specifying:
7466 @smallexample
7468 (include "BOGUS/filestuff")
7470 @end smallexample
7472 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
7474 Specifying an absolute path for the include file such as;
7475 @smallexample
7477 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
7479 @end smallexample
7480 is permitted but is not encouraged.
7482 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
7483 @cindex directory options .md
7484 @cindex options, directory search
7485 @cindex search options
7487 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
7488 For example:
7490 @smallexample
7492 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
7494 @end smallexample
7497 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
7498 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
7499 file, substituting your own version, since these directories are
7500 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
7501 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
7502 order; the standard default directory come after.
7505 @end ifset
7506 @ifset INTERNALS
7507 @node Peephole Definitions
7508 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
7509 @cindex peephole optimizer definitions
7510 @cindex defining peephole optimizers
7512 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
7513 definitions of machine-specific peephole optimizations.
7515 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
7516 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
7517 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
7518 though the second one does not appear to use a register computed in the
7519 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
7520 opportunities.
7522 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
7523 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
7524 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
7525 is deprecated.
7527 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
7528 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
7529 but before scheduling, which may result in much better code for
7530 targets that do scheduling.
7532 @menu
7533 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
7534 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
7535 @end menu
7537 @end ifset
7538 @ifset INTERNALS
7539 @node define_peephole
7540 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
7541 @findex define_peephole
7543 @need 1000
7544 A definition looks like this:
7546 @smallexample
7547 (define_peephole
7548   [@var{insn-pattern-1}
7549    @var{insn-pattern-2}
7550    @dots{}]
7551   "@var{condition}"
7552   "@var{template}"
7553   "@var{optional-insn-attributes}")
7554 @end smallexample
7556 @noindent
7557 The last string operand may be omitted if you are not using any
7558 machine-specific information in this machine description.  If present,
7559 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
7561 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
7562 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
7563 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
7564 the next, and so on.
7566 Each of the insns matched by a peephole must also match a
7567 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
7568 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
7569 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
7570 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
7571 stages.
7573 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
7574 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
7575 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
7576 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
7577 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
7578 other.
7580 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
7581 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
7582 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
7583 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
7584 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
7586 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
7587 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
7588 previously tested.
7590 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
7591 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
7592 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
7593 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
7594 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
7595 patterns.
7597 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
7598 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
7599 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
7600 the operands.
7602 @findex prev_active_insn
7603 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
7604 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
7605 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
7606 to refer to the last of the insns being matched; use
7607 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
7609 @findex dead_or_set_p
7610 When optimizing computations with intermediate results, you can use
7611 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
7612 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
7613 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
7614 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
7615 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
7616 value (from @code{operands[@var{i}]}).
7618 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
7619 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
7620 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
7621 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
7622 used in matching the original sequence of insns.
7624 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
7625 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
7626 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
7627 as the insn pattern to control how the insn is output.
7629 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
7630 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
7632 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
7634 @smallexample
7635 (define_peephole
7636   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
7637    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
7638         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
7639   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
7641   rtx xoperands[2];
7642   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
7643 #ifdef MOTOROLA
7644   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
7645   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
7646   return "fmove.d (sp)+,%0";
7647 #else
7648   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
7649   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
7650   return "fmoved sp@@+,%0";
7651 #endif
7653 @end smallexample
7655 @need 1000
7656 The effect of this optimization is to change
7658 @smallexample
7659 @group
7660 jbsr _foobar
7661 addql #4,sp
7662 movel d1,sp@@-
7663 movel d0,sp@@-
7664 fmoved sp@@+,fp0
7665 @end group
7666 @end smallexample
7668 @noindent
7669 into
7671 @smallexample
7672 @group
7673 jbsr _foobar
7674 movel d1,sp@@
7675 movel d0,sp@@-
7676 fmoved sp@@+,fp0
7677 @end group
7678 @end smallexample
7680 @ignore
7681 @findex CC_REVERSED
7682 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
7683 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
7684 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
7685 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
7686 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
7687 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
7688 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
7689 and in this C code check the condition code status flags and change the
7690 assembler code as appropriate.
7691 @end ignore
7693 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
7694 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
7695 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
7696 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
7697 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
7698 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
7699 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
7700 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
7701 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
7703 @smallexample
7704 (define_insn "divmodsi4"
7705   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7706         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7707                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7708    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7709         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7710   "TARGET_68020"
7711   "divsl%.l %2,%3:%0")
7712 @end smallexample
7714 @noindent
7715 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
7717 @smallexample
7718 (define_peephole
7719   [@dots{}
7720    (parallel
7721     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7722           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7723                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7724      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7725           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
7726    @dots{}]
7727   @dots{})
7728 @end smallexample
7730 @end ifset
7731 @ifset INTERNALS
7732 @node define_peephole2
7733 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
7734 @findex define_peephole2
7736 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
7737 substitute one sequence of instructions for another sequence,
7738 what additional scratch registers may be needed and what their
7739 lifetimes must be.
7741 @smallexample
7742 (define_peephole2
7743   [@var{insn-pattern-1}
7744    @var{insn-pattern-2}
7745    @dots{}]
7746   "@var{condition}"
7747   [@var{new-insn-pattern-1}
7748    @var{new-insn-pattern-2}
7749    @dots{}]
7750   "@var{preparation-statements}")
7751 @end smallexample
7753 The definition is almost identical to @code{define_split}
7754 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
7755 single instruction, but a sequence of instructions.
7757 It is possible to request additional scratch registers for use in the
7758 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
7759 will simply not match.
7761 @findex match_scratch
7762 @findex match_dup
7763 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
7764 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
7765 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
7766 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
7767 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
7768 at which the register must be available.
7770 Here is an example from the IA-32 machine description:
7772 @smallexample
7773 (define_peephole2
7774   [(match_scratch:SI 2 "r")
7775    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7776                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
7777                      [(match_dup 0)
7778                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
7779               (clobber (reg:CC 17))])]
7780   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
7781   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
7782    (parallel [(set (match_dup 0)
7783                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
7784               (clobber (reg:CC 17))])]
7785   "")
7786 @end smallexample
7788 @noindent
7789 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
7790 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
7791 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
7792 to be live only at the point just before the arithmetic.
7794 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
7795 so here's a silly made-up example:
7797 @smallexample
7798 (define_peephole2
7799   [(match_scratch:SI 4 "r")
7800    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
7801    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
7802    (match_dup 4)
7803    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
7804   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
7805   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
7806    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
7807    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
7808    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
7809   "")
7810 @end smallexample
7812 @noindent
7813 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
7814 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
7815 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
7817 @end ifset
7818 @ifset INTERNALS
7819 @node Insn Attributes
7820 @section Instruction Attributes
7821 @cindex insn attributes
7822 @cindex instruction attributes
7824 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
7825 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
7826 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
7827 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
7828 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
7829 to track the condition codes.
7831 @menu
7832 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
7833 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
7834 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
7835 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
7836 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
7837 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
7838 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
7839 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
7840 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
7841 @end menu
7843 @end ifset
7844 @ifset INTERNALS
7845 @node Defining Attributes
7846 @subsection Defining Attributes and their Values
7847 @cindex defining attributes and their values
7848 @cindex attributes, defining
7850 @findex define_attr
7851 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
7852 by the target machine.  It looks like:
7854 @smallexample
7855 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
7856 @end smallexample
7858 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
7859 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
7860 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
7861 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
7862 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
7863 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
7864 be used to automatically generate conditional variants of instruction
7865 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
7866 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
7867 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
7868 so they should not be used elsewhere as alternative names.
7870 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
7871 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
7872 indicate that the attribute takes numeric values.
7874 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
7875 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
7876 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
7877 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
7878 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
7880 @findex insn-attr.h
7881 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
7882 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
7883 specified for an attribute, the following are defined:
7885 @itemize @bullet
7886 @item
7887 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
7889 @item
7890 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
7891 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
7892 the attribute name and value are first converted to uppercase.
7894 @item
7895 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
7896 returns the attribute value for that insn.
7897 @end itemize
7899 For example, if the following is present in the @file{md} file:
7901 @smallexample
7902 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
7903 @end smallexample
7905 @noindent
7906 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
7908 @smallexample
7909 #define HAVE_ATTR_type 1
7910 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
7911                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
7912 extern enum attr_type get_attr_type ();
7913 @end smallexample
7915 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
7916 defined and the function to obtain the attribute's value will return
7917 @code{int}.
7919 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
7920 attributes are not free to use for other purposes:
7922 @table @code
7923 @item length
7924 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
7925 code chunks.  This is especially important when verifying branch
7926 distances. @xref{Insn Lengths}.
7928 @item enabled
7929 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
7930 alternatives of an insn definition from being used during code
7931 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
7933 @item mnemonic
7934 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
7935 specific checks in e.g. the pipeline description.
7936 @xref{Mnemonic Attribute}.
7937 @end table
7939 For each of these special attributes, the corresponding
7940 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
7941 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
7943 @findex define_enum_attr
7944 @anchor{define_enum_attr}
7945 Another way of defining an attribute is to use:
7947 @smallexample
7948 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
7949 @end smallexample
7951 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
7952 the list of values is taken from a separate enumeration called
7953 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
7954 the same list of values for several attributes without having to
7955 repeat the list each time.  For example:
7957 @smallexample
7958 (define_enum "processor" [
7959   model_a
7960   model_b
7961   @dots{}
7963 (define_enum_attr "arch" "processor"
7964   (const (symbol_ref "target_arch")))
7965 (define_enum_attr "tune" "processor"
7966   (const (symbol_ref "target_tune")))
7967 @end smallexample
7969 defines the same attributes as:
7971 @smallexample
7972 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
7973   (const (symbol_ref "target_arch")))
7974 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
7975   (const (symbol_ref "target_tune")))
7976 @end smallexample
7978 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
7979 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
7980 defines a single C enum (@code{processor}).
7981 @end ifset
7982 @ifset INTERNALS
7983 @node Expressions
7984 @subsection Attribute Expressions
7985 @cindex attribute expressions
7987 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
7988 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
7989 Attribute value expressions must have one of the following forms:
7991 @table @code
7992 @cindex @code{const_int} and attributes
7993 @item (const_int @var{i})
7994 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
7995 must be non-negative.
7997 The value of a numeric attribute can be specified either with a
7998 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
7999 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
8000 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
8001 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
8003 @cindex @code{const_string} and attributes
8004 @item (const_string @var{value})
8005 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
8006 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
8007 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
8008 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
8009 of a @code{define_attr}.
8011 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
8012 must be a string containing a non-negative integer (normally
8013 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
8014 contain one of the valid values for the attribute.
8016 @cindex @code{if_then_else} and attributes
8017 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
8018 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
8019 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
8020 otherwise it is @var{false-value}.
8022 @cindex @code{cond} and attributes
8023 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8024 The first operand of this expression is a vector containing an even
8025 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8026 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8027 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8028 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8029 expression is that of the @var{default} expression.
8030 @end table
8032 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8034 @table @code
8035 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8036 @item (const_int @var{i})
8037 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8039 @cindex @code{not} and attributes
8040 @cindex @code{ior} and attributes
8041 @cindex @code{and} and attributes
8042 @item (not @var{test})
8043 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8044 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8045 These tests are true if the indicated logical function is true.
8047 @cindex @code{match_operand} and attributes
8048 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8049 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8050 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8051 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8052 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8053 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8054 string).
8056 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8058 @cindex @code{match_test} and attributes
8059 @item (match_test @var{c-expr})
8060 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8061 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8063 @table @var
8064 @item insn
8065 The rtl instruction under test.
8066 @item which_alternative
8067 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8068 @xref{Output Statement}.
8069 @item operands
8070 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8071 @end table
8073 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8074 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8075 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8077 @smallexample
8078 (match_test "x & 2")
8079 (match_test "(x & 2) != 0")
8080 @end smallexample
8082 @cindex @code{le} and attributes
8083 @cindex @code{leu} and attributes
8084 @cindex @code{lt} and attributes
8085 @cindex @code{gt} and attributes
8086 @cindex @code{gtu} and attributes
8087 @cindex @code{ge} and attributes
8088 @cindex @code{geu} and attributes
8089 @cindex @code{ne} and attributes
8090 @cindex @code{eq} and attributes
8091 @cindex @code{plus} and attributes
8092 @cindex @code{minus} and attributes
8093 @cindex @code{mult} and attributes
8094 @cindex @code{div} and attributes
8095 @cindex @code{mod} and attributes
8096 @cindex @code{abs} and attributes
8097 @cindex @code{neg} and attributes
8098 @cindex @code{ashift} and attributes
8099 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8100 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8101 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8102 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8103 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8104 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8105 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8106 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8107 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8108 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8109 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8110 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8111 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8112 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8113 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8114 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8115 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8117 @findex get_attr
8118 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8119 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8120 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8121 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8122 variable.
8124 @findex eq_attr
8125 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8126 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8128 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8129 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8130 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8131 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8132 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8133 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8134 @emph{not} in the specified list.
8136 For example,
8138 @smallexample
8139 (eq_attr "type" "load,store")
8140 @end smallexample
8142 @noindent
8143 is equivalent to
8145 @smallexample
8146 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8147 @end smallexample
8149 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8150 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8151 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8152 example,
8154 @smallexample
8155 (eq_attr "alternative" "2,3")
8156 @end smallexample
8158 @noindent
8159 is equivalent to
8161 @smallexample
8162 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8163      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8164 @end smallexample
8166 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8167 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8168 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8170 @findex attr_flag
8171 @item (attr_flag @var{name})
8172 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8173 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8174 scheduled.
8176 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8177 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8178 direction of a conditional branch.
8180 This example describes a conditional branch delay slot which
8181 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8182 for backward branches which are not taken (annul-false).
8184 @smallexample
8185 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8186   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8187    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8188         (attr_flag "forward"))
8189    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8190         (attr_flag "backward"))])
8191 @end smallexample
8193 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8194 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8196 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8197 meaning to other passes of the compiler.
8199 @findex attr
8200 @item (attr @var{name})
8201 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8202 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8203 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8204 @end table
8206 @end ifset
8207 @ifset INTERNALS
8208 @node Tagging Insns
8209 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8210 @cindex tagging insns
8211 @cindex assigning attribute values to insns
8213 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8214 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8215 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8216 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8217 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8218 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8219 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8220 permits the specification of the values for only one or two attributes
8221 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8222 next section.
8224 The optional last argument of @code{define_insn} and
8225 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8226 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8227 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8228 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8229 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8230 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8232 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8233 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8234 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8235 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8236 each alternative.
8238 @findex set_attr
8239 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8240 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8241 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8242 of attribute values, one for each alternative.
8244 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8245 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8247 @table @code
8248 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8249 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8250 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8251 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8252 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8254 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8255 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8256 that alternative.
8258 @findex set_attr_alternative
8259 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8260 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8261 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8262 tests on the @samp{alternative} attribute.
8264 @findex attr
8265 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8266 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8267 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8268 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8269 @end table
8271 The following shows three different ways of representing the same
8272 attribute value specification:
8274 @smallexample
8275 (set_attr "type" "load,store,arith")
8277 (set_attr_alternative "type"
8278                       [(const_string "load") (const_string "store")
8279                        (const_string "arith")])
8281 (set (attr "type")
8282      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8283             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8284            (const_string "arith")))
8285 @end smallexample
8287 @need 1000
8288 @findex define_asm_attributes
8289 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8290 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8291 statement.  It has the form:
8293 @smallexample
8294 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8295 @end smallexample
8297 @noindent
8298 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8299 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8301 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8302 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8304 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8305 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8306 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8307 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8308 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8309 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8310 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8311 of a single machine instruction.
8313 @end ifset
8314 @ifset INTERNALS
8315 @node Attr Example
8316 @subsection Example of Attribute Specifications
8317 @cindex attribute specifications example
8318 @cindex attribute specifications
8320 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8321 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8322 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8323 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8324 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8326 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8327 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8328 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8329 operations, floating point operations, and branches.
8331 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8332 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8333 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8334 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8335 changed if the item previously set into the condition code has been
8336 modified.
8338 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8340 @smallexample
8341 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8343 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8344              (cond [(eq_attr "type" "load")
8345                         (const_string "change0")
8346                     (eq_attr "type" "store,branch")
8347                         (const_string "unchanged")
8348                     (eq_attr "type" "arith")
8349                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8350                                       (const_string "set")
8351                                       (const_string "clobber"))]
8352                    (const_string "clobber")))
8354 (define_insn ""
8355   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8356         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8357   ""
8358   "@@
8359    move %0,%1
8360    load %0,%1
8361    store %0,%1"
8362   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8363 @end smallexample
8365 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8366 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8367 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8368 full-word result.
8370 @end ifset
8371 @ifset INTERNALS
8372 @node Insn Lengths
8373 @subsection Computing the Length of an Insn
8374 @cindex insn lengths, computing
8375 @cindex computing the length of an insn
8377 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8378 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8379 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8380 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8381 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8382 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8384 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8385 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8387 @table @code
8388 @cindex @code{match_dup} and attributes
8389 @item (match_dup @var{n})
8390 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8391 must be a @code{label_ref}.
8393 @cindex @code{pc} and attributes
8394 @item (pc)
8395 For non-branch instructions and backward branch instructions, this refers
8396 to the address of the current insn.  But for forward branch instructions,
8397 this refers to the address of the next insn, because the length of the
8398 current insn is to be computed.
8399 @end table
8401 @cindex @code{addr_vec}, length of
8402 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8403 For normal insns, the length will be determined by value of the
8404 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8405 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8406 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8408 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8410 Note that it is possible to call functions via the @code{symbol_ref}
8411 mechanism to compute the length of an insn.  However, if you use this
8412 mechanism you must provide dummy clauses to express the maximum length
8413 without using the function call.  You can an example of this in the
8414 @code{pa} machine description for the @code{call_symref} pattern.
8416 The following macros can be used to refine the length computation:
8418 @table @code
8419 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8420 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8421 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8422 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8423 that contains the initially computed length of the insn and should be
8424 updated with the correct length of the insn.
8426 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8427 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8428 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8429 may be required.
8430 @end table
8432 @findex get_attr_length
8433 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8434 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8435 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8436 example below illustrates.
8438 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8439 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8440 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8441 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8442 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8444 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8445 as follows:
8447 @smallexample
8448 (define_insn "jump"
8449   [(set (pc)
8450         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8451   ""
8453    return (get_attr_length (insn) == 4
8454            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8456   [(set (attr "length")
8457         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
8458                       (const_int 4)
8459                       (const_int 6)))])
8460 @end smallexample
8462 @end ifset
8463 @ifset INTERNALS
8464 @node Constant Attributes
8465 @subsection Constant Attributes
8466 @cindex constant attributes
8468 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
8469 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
8470 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
8471 used to specify which variety of processor is used.  For example,
8473 @smallexample
8474 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
8475  (const
8476   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
8477          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
8478         (const_string "m88000"))))
8480 (define_attr "memory" "fast,slow"
8481  (const
8482   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
8483                 (const_string "fast")
8484                 (const_string "slow"))))
8485 @end smallexample
8487 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
8488 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
8489 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
8490 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
8491 forms involving insn attributes.
8493 @end ifset
8494 @ifset INTERNALS
8495 @node Mnemonic Attribute
8496 @subsection Mnemonic Attribute
8497 @cindex mnemonic attribute
8499 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
8500 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
8501 will automatically be generated by the machine description parser if
8502 there is an attribute definition in the md file:
8504 @smallexample
8505 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
8506 @end smallexample
8508 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
8509 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
8510 whenever the machine description parser is not able to determine the
8511 mnemonic string.  This might be the case for output templates
8512 containing more than a single instruction as in
8513 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
8515 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
8516 instruction string is generated via C code.
8518 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
8519 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
8520 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
8521 parser fails to determine it automatically.
8523 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
8524 specific properties in the pipeline description without defining
8525 additional insn attributes.
8527 @smallexample
8528 (define_attr "ooo_expanded" ""
8529   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
8530          (const_int 1)]
8531         (const_int 0)))
8532 @end smallexample
8534 @end ifset
8535 @ifset INTERNALS
8536 @node Delay Slots
8537 @subsection Delay Slot Scheduling
8538 @cindex delay slots, defining
8540 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
8541 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
8542 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
8543 after the instruction are executed as if they were located before it.
8544 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
8545 the following instruction before the branch or call is performed.
8547 On some machines, conditional branch instructions can optionally
8548 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
8549 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
8550 instructions that annul if the branch is true and instructions that
8551 annul if the branch is false are supported.
8553 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
8554 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
8555 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
8556 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
8557 instruction scheduling.
8559 @findex define_delay
8560 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
8561 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
8563 @smallexample
8564 (define_delay @var{test}
8565               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
8566                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
8567                @dots{}])
8568 @end smallexample
8570 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
8571 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
8572 required delay slots is determined by the length of the vector specified
8573 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
8574 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
8575 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
8576 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
8577 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
8578 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
8580 For example, in the common case where branch and call insns require
8581 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
8582 call, the following would be placed in the @file{md} file:
8584 @smallexample
8585 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
8586               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8587 @end smallexample
8589 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
8590 case, each such expression specifies different delay slot requirements
8591 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
8592 expressions are both true.
8594 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
8595 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
8596 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
8597 branch is true, we might represent this as follows:
8599 @smallexample
8600 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
8601    [(eq_attr "type" "!branch,call")
8602     (eq_attr "type" "!branch,call")
8603     (nil)])
8605 (define_delay (eq_attr "type" "call")
8606               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
8607                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8608 @end smallexample
8609 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
8611 @end ifset
8612 @ifset INTERNALS
8613 @node Processor pipeline description
8614 @subsection Specifying processor pipeline description
8615 @cindex processor pipeline description
8616 @cindex processor functional units
8617 @cindex instruction latency time
8618 @cindex interlock delays
8619 @cindex data dependence delays
8620 @cindex reservation delays
8621 @cindex pipeline hazard recognizer
8622 @cindex automaton based pipeline description
8623 @cindex regular expressions
8624 @cindex deterministic finite state automaton
8625 @cindex automaton based scheduler
8626 @cindex RISC
8627 @cindex VLIW
8629 To achieve better performance, most modern processors
8630 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
8631 processors) have many @dfn{functional units} on which several
8632 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
8633 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
8634 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
8635 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
8636 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
8637 MIPS processors).
8639 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
8640 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
8641 latency time}.  The instruction execution is not started until all
8642 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
8643 complex cases when the instruction execution starts even when the data
8644 are not available but will be ready in given time after the
8645 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
8646 account is simple.  The data dependence (true, output, and
8647 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
8648 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
8649 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
8650 means that two instructions under execution will be in need of shared
8651 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
8652 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
8653 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
8654 processors.
8656 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
8657 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
8658 instruction scheduler has to have an adequate description of the
8659 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
8660 machine descriptions describe processor parallelism and functional
8661 unit reservations for groups of instructions with the aid of
8662 @dfn{regular expressions}.
8664 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
8665 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
8666 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
8667 automatically generated from the processor pipeline description.  The
8668 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
8669 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
8670 the instruction issue is possible if there is a transition from one
8671 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
8672 furthermore, its speed is not dependent on processor
8673 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
8674 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
8675 can split orthogonal parts of the machine description among several
8676 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
8677 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
8679 @cindex automaton based pipeline description
8680 The rest of this section describes the directives that constitute
8681 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
8682 these constructions within the machine description file is not
8683 important.
8685 @findex define_automaton
8686 @cindex pipeline hazard recognizer
8687 The following optional construction describes names of automata
8688 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
8689 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
8690 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
8691 units to the automata, the total size of the automata is usually
8692 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
8693 construction, only one finite state automaton is generated.
8695 @smallexample
8696 (define_automaton @var{automata-names})
8697 @end smallexample
8699 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
8700 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
8701 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
8702 @code{define_query_cpu_unit}.
8704 @findex define_cpu_unit
8705 @cindex processor functional units
8706 Each processor functional unit used in the description of instruction
8707 reservations should be described by the following construction.
8709 @smallexample
8710 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8711 @end smallexample
8713 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
8714 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
8715 for other goals.
8717 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8718 which the unit is bound.  The automaton should be described in
8719 construction @code{define_automaton}.  You should give
8720 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
8722 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
8723 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
8724 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
8725 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
8726 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
8727 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
8728 description of the subsequent constructions.
8730 @findex define_query_cpu_unit
8731 @cindex querying function unit reservations
8732 The following construction describes CPU functional units analogously
8733 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
8734 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
8735 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
8736 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
8737 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
8738 @acronym{VLIW} insn templates).
8740 @smallexample
8741 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8742 @end smallexample
8744 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
8745 separated by commas.
8747 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8748 which the unit is bound.
8750 @findex define_insn_reservation
8751 @cindex instruction latency time
8752 @cindex regular expressions
8753 @cindex data bypass
8754 The following construction is the major one to describe pipeline
8755 characteristics of an instruction.
8757 @smallexample
8758 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
8759                          @var{condition} @var{regexp})
8760 @end smallexample
8762 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
8763 instruction.  There is an important difference between the old
8764 description and the automaton based pipeline description.  The latency
8765 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
8766 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
8767 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
8768 zero and the cost of output dependencies is the difference between
8769 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
8770 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
8771 change the default costs for any description by using the target hook
8772 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
8774 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
8775 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
8776 the automaton description file generated for debugging.  The internal
8777 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
8778 good practice to use insn classes described in the processor manual.
8780 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
8781 construction.  You should remember that you will be in trouble if
8782 @var{condition} for two or more different
8783 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
8784 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
8785 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
8786 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
8787 the same value is quite difficult (especially if the conditions
8788 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
8789 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
8790 recognizer considerably.
8792 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
8793 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
8794 expression according to the following syntax:
8796 @smallexample
8797        regexp = regexp "," oneof
8798               | oneof
8800        oneof = oneof "|" allof
8801              | allof
8803        allof = allof "+" repeat
8804              | repeat
8806        repeat = element "*" number
8807               | element
8809        element = cpu_function_unit_name
8810                | reservation_name
8811                | result_name
8812                | "nothing"
8813                | "(" regexp ")"
8814 @end smallexample
8816 @itemize @bullet
8817 @item
8818 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
8819 the reservation.
8821 @item
8822 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
8823 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
8824 regular expression @strong{or} etc.
8826 @item
8827 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
8828 regular expression @strong{and} a reservation described by the
8829 second regular expression @strong{and} etc.
8831 @item
8832 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
8833 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
8834 advancing (see @samp{,}).
8836 @item
8837 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
8838 functional unit.
8840 @item
8841 @samp{reservation_name} --- see description of construction
8842 @samp{define_reservation}.
8844 @item
8845 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
8846 @end itemize
8848 @findex define_reservation
8849 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
8850 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
8851 the common part by the following construction
8853 @smallexample
8854 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
8855 @end smallexample
8857 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
8858 Functional unit names and reservation names are in the same name
8859 space.  So the reservation names should be different from the
8860 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
8862 @findex define_bypass
8863 @cindex instruction latency time
8864 @cindex data bypass
8865 The following construction is used to describe exceptions in the
8866 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
8868 @smallexample
8869 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
8870                [@var{guard}])
8871 @end smallexample
8873 @var{number} defines when the result generated by the instructions
8874 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
8875 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
8876 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
8877 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
8878 For example:
8879 @smallexample
8880 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
8881 @end smallexample
8882 defines a bypass between instructions that start with
8883 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
8884 @samp{cpu1_load_}.
8886 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
8887 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
8888 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
8889 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
8890 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
8891 of insn @samp{store} (not a stored value).
8893 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
8894 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
8895 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
8896 bypass without the guard function is chosen.
8898 @findex exclusion_set
8899 @findex presence_set
8900 @findex final_presence_set
8901 @findex absence_set
8902 @findex final_absence_set
8903 @cindex VLIW
8904 @cindex RISC
8905 The following five constructions are usually used to describe
8906 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
8907 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
8908 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
8910 @smallexample
8911 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
8912 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8913 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8914 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8915 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8916 @end smallexample
8918 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
8919 separated by commas.
8921 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
8922 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
8923 separated by white-spaces.
8925 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
8926 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
8927 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
8928 example, the construction is useful for describing processors
8929 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
8930 functional unit which can execute simultaneously only single floating
8931 point insns or only double floating point insns.
8933 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
8934 functional unit in the first string can not be reserved unless at
8935 least one of pattern of units whose names are in the second string is
8936 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
8937 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
8938 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
8939 construction
8941 @smallexample
8942 (presence_set "slot1" "slot0")
8943 @end smallexample
8945 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8946 reservation.  In this case we could write
8948 @smallexample
8949 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
8950 @end smallexample
8952 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
8953 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
8954 done.  When an instruction is issued in given automaton state
8955 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
8956 state is changed.  The first state is a source state, the second one
8957 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
8958 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
8959 done on the result reservation.  This construction is useful to
8960 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
8961 For example, if we use
8963 @smallexample
8964 (presence_set "slot1" "slot0")
8965 @end smallexample
8967 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
8968 @samp{slot0} which is absent in the source state).
8970 @smallexample
8971 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
8972 @end smallexample
8974 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
8976 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
8977 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
8978 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
8979 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
8980 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
8981 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
8982 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
8983 can be described as:
8985 @smallexample
8986 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
8987 @end smallexample
8989 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8990 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
8991 this case we could write
8993 @smallexample
8994 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
8995 @end smallexample
8997 All functional units mentioned in a set should belong to the same
8998 automaton.
9000 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
9001 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
9002 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
9004 @findex automata_option
9005 @cindex deterministic finite state automaton
9006 @cindex nondeterministic finite state automaton
9007 @cindex finite state automaton minimization
9008 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
9009 the following construction.
9011 @smallexample
9012 (automata_option @var{options})
9013 @end smallexample
9015 @var{options} is a string giving options which affect the generated
9016 code.  Currently there are the following options:
9018 @itemize @bullet
9019 @item
9020 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
9021 only worth to do when we are debugging the description and need to
9022 look more accurately at reservations of states.
9024 @item
9025 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
9026 automata.
9028 @item
9029 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9030 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9032 @item
9033 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9034 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9035 verification and debugging.
9037 @item
9038 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9039 non-critical errors.
9041 @item
9042 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9043 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9044 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9045 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9046 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9048 @item
9049 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9050 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9051 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9052 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9053 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9054 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9056 @item
9057 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behaviour of the generator when
9058 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9059 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9060 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9061 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9062 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9063 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9064 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9066 @item
9067 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9068 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9069 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9070 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9071 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9072 huge automaton.
9073 @end itemize
9075 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9076 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9077 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9078 the following functional units.
9080 @smallexample
9081 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9082 (define_cpu_unit "port0, port1")
9083 @end smallexample
9085 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9086 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9087 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9088 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9089 multiplication insns can be executed only in the second integer
9090 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
9091 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9092 integer division insn can not be issued until the current division
9093 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9094 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9095 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9096 incurred.  To describe all of this we could specify
9098 @smallexample
9099 (define_cpu_unit "div")
9101 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9102                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9104 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9105                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9107 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
9108                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9110 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9111                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9113 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9114 @end smallexample
9116 To simplify the description we could describe the following reservation
9118 @smallexample
9119 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9120 @end smallexample
9122 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9123 construction
9125 @smallexample
9126 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9127                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9128 @end smallexample
9131 @end ifset
9132 @ifset INTERNALS
9133 @node Conditional Execution
9134 @section Conditional Execution
9135 @cindex conditional execution
9136 @cindex predication
9138 A number of architectures provide for some form of conditional
9139 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9140 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9141 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9142 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9143 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9145 @findex define_cond_exec
9146 @smallexample
9147 (define_cond_exec
9148   [@var{predicate-pattern}]
9149   "@var{condition}"
9150   "@var{output-template}"
9151   "@var{optional-insn-attribues}")
9152 @end smallexample
9154 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9155 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9156 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9157 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9158 alternative.
9160 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9161 pattern to match.
9163 @findex current_insn_predicate
9164 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9165 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9166 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9167 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9168 In order to handle the general case, there is a global variable
9169 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9170 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9172 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9173 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9174 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9175 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9176 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9177 certain conditions.
9179 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9180 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9181 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9182 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9183 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9184 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9185 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9186 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9187 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9188 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9190 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9191 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9192 generated that matches a predicated version of the instruction.
9193 For example,
9195 @smallexample
9196 (define_insn "addsi"
9197   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9198         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9199                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9200   "@var{test1}"
9201   "add %2,%1,%0")
9203 (define_cond_exec
9204   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9205        (const_int 0))]
9206   "@var{test2}"
9207   "(%0)")
9208 @end smallexample
9210 @noindent
9211 generates a new pattern
9213 @smallexample
9214 (define_insn ""
9215   [(cond_exec
9216      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9217      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9218           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9219                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9220   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9221   "(%3) add %2,%1,%0")
9222 @end smallexample
9224 @end ifset
9225 @ifset INTERNALS
9226 @node Define Subst
9227 @section RTL Templates Transformations
9228 @cindex define_subst
9230 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9231 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9232 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9233 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9234 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9235 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9236 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9237 case based on the initial one:
9239 @findex define_subst
9240 @smallexample
9241 (define_subst "@var{name}"
9242   [@var{input-template}]
9243   "@var{condition}"
9244   [@var{output-template}])
9245 @end smallexample
9246 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9247 which will be transformed.
9249 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9250 from the input-template to generate a condition to be used in the
9251 output-template.
9253 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9254 template.
9256 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9257 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9258 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9259 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9260 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9261 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9262 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9263 case when the source RTL template is not matched against the
9264 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9265 deleted.
9267 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9268 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9269 @code{define_insn_and_split}).
9271 @menu
9272 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9273 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9274 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9275 @end menu
9277 @node Define Subst Example
9278 @subsection @code{define_subst} Example
9279 @cindex define_subst
9281 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9282 template transformation.
9284 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9285 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9286 generated with the following @code{define_subst}:
9288 @smallexample
9289 (define_subst "add_clobber_subst"
9290   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9291         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9292   ""
9293   [(set (match_dup 0)
9294         (match_dup 1))
9295    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9296 @end smallexample
9298 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9299 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9300 applied.
9302 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9303 in @code{define_subst} mentioned above:
9305 @smallexample
9306 (define_insn "maxsi"
9307   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9308         (max:SI
9309           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9310           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9311   ""
9312   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9313  [@dots{}])
9314 @end smallexample
9316 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9317 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9319 @smallexample
9320 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9321 @end smallexample
9323 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9324 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9325 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9326 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9327 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9328 value that would be substituted into the second, transformed,
9329 version of the RTL template.
9331 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9332 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9333 the original RTL template should be changed:
9335 @smallexample
9336 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9337   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9338         (max:SI
9339           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9340           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9341   ""
9342   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9343  [@dots{}])
9344 @end smallexample
9346 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9348 @smallexample
9349 (define_insn "maxsi_noclobber"
9350   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9351         (max:SI
9352           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9353           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9354   ""
9355   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9356  [@dots{}])
9357 (define_insn "maxsi_clobber"
9358   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9359         (max:SI
9360           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9361           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9362    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9363   ""
9364   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9365  [@dots{}])
9366 @end smallexample
9368 @node Define Subst Pattern Matching
9369 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9370 @cindex define_subst
9372 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9373 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9374 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9375 meanings of expressions in the input-template were changed:
9377 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9378 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9379 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9380 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9381 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9382 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9383 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9384 of accepted RTL-templates.
9386 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9387 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9388 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9389 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9390 operands as the operator from the original pattern.
9392 @node Define Subst Output Template
9393 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9394 @cindex define_subst
9396 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9397 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9398 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9399 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9400 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9401 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9402 the input pattern.
9404 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9405 the expression from the original pattern, which matched
9406 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9407 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9408 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9409 from the input pattern.
9411 In the output template one can refer to the expressions from the
9412 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9413 be added by means of standard @code{match_operand}.
9415 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9416 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9417 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9418 indexes would be used in the expression which would replace
9419 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9420 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9421 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9422 @code{match_dup}s are replaced.
9424 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9425 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9426 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9427 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9428 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9429 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9430 @end ifset
9432 @ifset INTERNALS
9433 @node Constant Definitions
9434 @section Constant Definitions
9435 @cindex constant definitions
9436 @findex define_constants
9438 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9439 can be a maintenance problem.
9441 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9442 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9443 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9444 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9445 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9446 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9447 a different value.
9449 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9451 @smallexample
9452 (define_insn ""
9453   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9454      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9455            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9456       (use (reg:SI 179))
9457       (clobber (reg:SI 179))])]
9458   ""
9459   "loadm 0,0,%1,%2")
9460 @end smallexample
9462 You could write:
9464 @smallexample
9465 (define_constants [
9466     (R_BP 177)
9467     (R_FC 178)
9468     (R_CR 179)
9469     (R_Q  180)
9472 (define_insn ""
9473   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9474      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9475            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9476       (use (reg:SI R_CR))
9477       (clobber (reg:SI R_CR))])]
9478   ""
9479   "loadm 0,0,%1,%2")
9480 @end smallexample
9482 The constants that are defined with a define_constant are also output
9483 in the insn-codes.h header file as #defines.
9485 @cindex enumerations
9486 @findex define_c_enum
9487 You can also use the machine description file to define enumerations.
9488 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
9489 are visible to both the machine description file and the main C code.
9491 The syntax is as follows:
9493 @smallexample
9494 (define_c_enum "@var{name}" [
9495   @var{value0}
9496   @var{value1}
9497   @dots{}
9498   @var{valuen}
9500 @end smallexample
9502 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
9503 in @file{insn-constants.h}:
9505 @smallexample
9506 enum @var{name} @{
9507   @var{value0} = 0,
9508   @var{value1} = 1,
9509   @dots{}
9510   @var{valuen} = @var{n}
9512 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
9513 @end smallexample
9515 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
9516 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
9517 file, just as if it had been declared with:
9519 @smallexample
9520 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
9521 @end smallexample
9523 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
9524 begins with @var{cname}.
9526 You can split the enumeration definition into as many statements as
9527 you like.  The above example is directly equivalent to:
9529 @smallexample
9530 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
9531 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
9532 @dots{}
9533 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
9534 @end smallexample
9536 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
9537 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
9538 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
9539 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
9540 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
9542 Some enumeration names have special significance to GCC:
9544 @table @code
9545 @item unspecv
9546 @findex unspec_volatile
9547 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
9548 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
9550 @smallexample
9551 (define_c_enum "unspecv" [
9552   UNSPECV_BLOCKAGE
9554 @end smallexample
9556 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
9558 @smallexample
9559 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
9560 @end smallexample
9562 @item unspec
9563 @findex unspec
9564 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
9565 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
9566 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
9567 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
9568 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
9569 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
9570 for both.
9571 @end table
9573 @findex define_enum
9574 @anchor{define_enum}
9575 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
9577 @smallexample
9578 (define_enum "@var{name}" [
9579   @var{value0}
9580   @var{value1}
9581   @dots{}
9582   @var{valuen}
9584 @end smallexample
9586 This directive implies:
9588 @smallexample
9589 (define_c_enum "@var{name}" [
9590   @var{cname}_@var{cvalue0}
9591   @var{cname}_@var{cvalue1}
9592   @dots{}
9593   @var{cname}_@var{cvaluen}
9595 @end smallexample
9597 @findex define_enum_attr
9598 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
9599 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
9600 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
9601 (@pxref{define_enum_attr}).
9602 @end ifset
9603 @ifset INTERNALS
9604 @node Iterators
9605 @section Iterators
9606 @cindex iterators in @file{.md} files
9608 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
9609 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
9610 facilities to make this process easier.
9612 @menu
9613 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
9614 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
9615 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
9616 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
9617 @end menu
9619 @node Mode Iterators
9620 @subsection Mode Iterators
9621 @cindex mode iterators in @file{.md} files
9623 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
9624 For example:
9626 @itemize @bullet
9627 @item
9628 If a processor has hardware support for both single and double
9629 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
9630 very similar to the @code{DFmode} ones.
9632 @item
9633 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
9634 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
9635 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
9636 @end itemize
9638 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
9639 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
9640 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
9641 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
9643 @menu
9644 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
9645 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
9646 * Examples::                Examples
9647 @end menu
9649 @node Defining Mode Iterators
9650 @subsubsection Defining Mode Iterators
9651 @findex define_mode_iterator
9653 The syntax for defining a mode iterator is:
9655 @smallexample
9656 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
9657 @end smallexample
9659 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
9660 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
9661 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
9662 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
9663 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
9664 C condition will also require that @var{condi} be true.
9666 For example:
9668 @smallexample
9669 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9670 @end smallexample
9672 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
9673 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
9674 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
9675 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
9676 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
9678 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
9679 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
9680 to @code{@var{mode}}.  For example:
9682 @smallexample
9683 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9684 @end smallexample
9686 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
9687 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
9689 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
9690 significant if two iterators are used in a construct that requires
9691 substitutions.  @xref{Substitutions}.
9693 @node Substitutions
9694 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
9695 @findex define_mode_attr
9697 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
9698 construct will often need slightly different strings or modes.  For
9699 example:
9701 @itemize @bullet
9702 @item
9703 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
9704 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
9705 appropriate mode name for @var{m}.
9707 @item
9708 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
9709 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
9711 @item
9712 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
9713 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
9714 mode for the other operand(s).
9715 @end itemize
9717 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
9718 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
9719 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
9720 upper case.  You can define other attributes using:
9722 @smallexample
9723 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
9724 @end smallexample
9726 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
9727 is the value associated with @var{modei}.
9729 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
9730 each string and mode in the pattern for sequences of the form
9731 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
9732 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
9733 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
9734 value.
9736 For example, suppose an @file{.md} file has:
9738 @smallexample
9739 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9740 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
9741 @end smallexample
9743 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
9744 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
9745 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
9746 @code{"ld\t%0,%1"}.
9748 Here is an example of using an attribute for a mode:
9750 @smallexample
9751 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
9752 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
9753 (define_insn @dots{}
9754   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
9755 @end smallexample
9757 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
9758 substitution will be attempted for every iterator expansion.
9760 @node Examples
9761 @subsubsection Mode Iterator Examples
9763 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
9764 modes and attributes (among others):
9766 @smallexample
9767 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9768 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
9769 @end smallexample
9771 and uses the following template to define both @code{subsi3}
9772 and @code{subdi3}:
9774 @smallexample
9775 (define_insn "sub<mode>3"
9776   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
9777         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
9778                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
9779   ""
9780   "<d>subu\t%0,%1,%2"
9781   [(set_attr "type" "arith")
9782    (set_attr "mode" "<MODE>")])
9783 @end smallexample
9785 This is exactly equivalent to:
9787 @smallexample
9788 (define_insn "subsi3"
9789   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
9790         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
9791                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
9792   ""
9793   "subu\t%0,%1,%2"
9794   [(set_attr "type" "arith")
9795    (set_attr "mode" "SI")])
9797 (define_insn "subdi3"
9798   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
9799         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
9800                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
9801   ""
9802   "dsubu\t%0,%1,%2"
9803   [(set_attr "type" "arith")
9804    (set_attr "mode" "DI")])
9805 @end smallexample
9807 @node Code Iterators
9808 @subsection Code Iterators
9809 @cindex code iterators in @file{.md} files
9810 @findex define_code_iterator
9811 @findex define_code_attr
9813 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
9815 The construct:
9817 @smallexample
9818 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
9819 @end smallexample
9821 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
9822 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
9823 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
9825 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9826 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9827 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
9828 @xref{Defining Mode Iterators}.
9830 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
9831 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
9832 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
9833 Other attributes are defined using:
9835 @smallexample
9836 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
9837 @end smallexample
9839 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
9841 @smallexample
9842 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
9843                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
9845 (define_expand "b<code>"
9846   [(set (pc)
9847         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
9848                                    (const_int 0))
9849                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9850                       (pc)))]
9851   ""
9853   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
9854   DONE;
9856 @end smallexample
9858 This is equivalent to:
9860 @smallexample
9861 (define_expand "bunordered"
9862   [(set (pc)
9863         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
9864                                     (const_int 0))
9865                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9866                       (pc)))]
9867   ""
9869   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
9870   DONE;
9873 (define_expand "bordered"
9874   [(set (pc)
9875         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
9876                                   (const_int 0))
9877                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9878                       (pc)))]
9879   ""
9881   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
9882   DONE;
9885 @dots{}
9886 @end smallexample
9888 @node Int Iterators
9889 @subsection Int Iterators
9890 @cindex int iterators in @file{.md} files
9891 @findex define_int_iterator
9892 @findex define_int_attr
9894 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
9896 The construct:
9898 @smallexample
9899 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
9900 @end smallexample
9902 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
9903 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
9904 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
9905 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
9906 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
9907 define_c_enum.
9909 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9910 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9911 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
9912 @xref{Defining Mode Iterators}.
9914 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
9915 Attributes are defined using:
9917 @smallexample
9918 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
9919 @end smallexample
9921 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
9923 @smallexample
9924 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
9926 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
9928 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
9929   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9930         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9931                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9932                       QABSNEG))]
9933   "TARGET_NEON"
9934   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9935   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9938 @end smallexample
9940 This is equivalent to:
9942 @smallexample
9943 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
9944   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9945         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9946                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9947                       UNSPEC_VQABS))]
9948   "TARGET_NEON"
9949   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9950   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9953 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
9954   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9955         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9956                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9957                       UNSPEC_VQNEG))]
9958   "TARGET_NEON"
9959   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9960   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9963 @end smallexample
9965 @node Subst Iterators
9966 @subsection Subst Iterators
9967 @cindex subst iterators in @file{.md} files
9968 @findex define_subst
9969 @findex define_subst_attr
9971 Subst iterators are special type of iterators with the following
9972 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
9973 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
9974 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
9975 used in RTL-pattern.
9977 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
9978 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
9979 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
9980 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
9981 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
9982 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
9983 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
9985 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
9986 implicitly by the first appearance of the corresponding
9987 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
9989 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
9991 @findex define_subst_attr
9992 @smallexample
9993 (define_subst_attr "@var{name}"
9994   "@var{subst-name}"
9995   "@var{no-subst-value}"
9996   "@var{subst-applied-value}")
9997 @end smallexample
9999 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
10000 referred to.
10002 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
10003 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
10004 RTL-template.
10006 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
10007 replaced in the first copy of the original RTL-template.
10009 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
10010 replaced in the second copy of the original RTL-template.
10012 @end ifset