Also turn off OPTION_MASK_ABI_X32 for -m16
[official-gcc.git] / gcc / doc / md.texi
blob80e8bd6a079b8bf77ef396643aaba512cf83b317
1 @c Copyright (C) 1988-2014 Free Software Foundation, Inc.
2 @c This is part of the GCC manual.
3 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5 @ifset INTERNALS
6 @node Machine Desc
7 @chapter Machine Descriptions
8 @cindex machine descriptions
10 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
11 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
14 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
15 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
16 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
17 is inside a quoted string.
19 See the next chapter for information on the C header file.
21 @menu
22 * Overview::            How the machine description is used.
23 * Patterns::            How to write instruction patterns.
24 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
25 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
26 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
27                         from such an insn.
28 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
29                         the assembler code.
30 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
31                         for an insn.
32 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
33 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
34 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
35 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
36 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
37 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
38 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
39 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
40                         for a standard operation.
41 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
42 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
43 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
44 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
45 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
46                          predication.
47 * Define Subst::        Generating @code{define_insn} and @code{define_expand}
48                         patterns from other patterns.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
59 @enumerate
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
72 @end enumerate
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
214 @end smallexample
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
297 When matching patterns, this is equivalent to
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
351 @smallexample
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
363 @end smallexample
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
455 An insn that matches this pattern might look like:
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
475 @end table
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
668 If you just need a little bit of C code in one (or a few) alternatives,
669 you can use @samp{*} inside of a @samp{@@} multi-alternative template:
671 @smallexample
672 @group
673 (define_insn ""
674   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,<,m")
675         (const_int 0))]
676   ""
677   "@@
678    clrreg %0
679    * return stack_mem_p (operands[0]) ? \"push 0\" : \"clrmem %0\";
680    clrmem %0")
681 @end group
682 @end smallexample
684 @node Predicates
685 @section Predicates
686 @cindex predicates
687 @cindex operand predicates
688 @cindex operator predicates
690 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
691 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
692 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
693 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
694 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
695 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
696 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
697 that end in @samp{_operator}.
699 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
700 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
701 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
702 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
703 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
704 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
705 functions; this can be useful in output templates or other
706 machine-specific code.
708 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
709 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
710 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
711 better code if the predicates specify the requirements of the machine
712 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
713 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
714 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
715 in the extra condition.
717 @cindex predicates and machine modes
718 @cindex normal predicates
719 @cindex special predicates
720 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
721 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
722 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
723 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
724 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
725 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
726 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
727 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
728 constant will fit in the requested mode.
730 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
731 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
732 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
733 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
734 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
735 without specifying a mode.
737 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
738 are called @dfn{special}.  The generic predicates
739 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
740 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
741 diagnosis when special predicates are used.
743 @menu
744 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
745 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
746                                     functions.
747 @end menu
749 @node Machine-Independent Predicates
750 @subsection Machine-Independent Predicates
751 @cindex machine-independent predicates
752 @cindex generic predicates
754 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
755 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
756 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
758 @defun immediate_operand
759 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
760 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
761 must be constant.
762 @end defun
764 @defun const_int_operand
765 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
766 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
767 does not allow a symbol or label.
768 @end defun
770 @defun const_double_operand
771 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
772 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
773 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
774 constants.
775 @end defun
777 @noindent
778 The second category of predicates allow only some kind of machine
779 register.
781 @defun register_operand
782 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
783 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
784 instruction operands on a RISC machine.
785 @end defun
787 @defun pmode_register_operand
788 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
789 a limitation in the machine-description reader.
791 @smallexample
792 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
793 @end smallexample
795 @noindent
796 means exactly what
798 @smallexample
799 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
800 @end smallexample
802 @noindent
803 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
804 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
805 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
806 options.  @xref{Misc}.
807 @end defun
809 @defun scratch_operand
810 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
811 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
812 it should not be used directly.
813 @end defun
815 @noindent
816 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
818 @defun memory_operand
819 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
820 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
821 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
822 @end defun
824 @defun address_operand
825 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
826 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
827 @var{mode}, again determined by the weak form of
828 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
829 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
830 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
831 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
832 the mode @var{mode}.
833 @end defun
835 @defun indirect_operand
836 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
837 memory references with a @code{general_operand} as the address
838 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
839 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
840 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
841 different requirements for memory operands for different instructions,
842 it is better to define target-specific predicates which enforce the
843 hardware's requirements explicitly.
844 @end defun
846 @defun push_operand
847 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
848 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
849 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
850 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
851 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
852 @end defun
854 @defun pop_operand
855 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
856 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
857 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
858 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
859 @end defun
861 @noindent
862 The fourth category of predicates allow some combination of the above
863 operands.
865 @defun nonmemory_operand
866 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
867 @end defun
869 @defun nonimmediate_operand
870 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
871 @end defun
873 @defun general_operand
874 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
875 valid for @var{mode}.
876 @end defun
878 @noindent
879 Finally, there are two generic operator predicates.
881 @defun comparison_operator
882 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
883 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
884 expression code.
885 @end defun
887 @defun ordered_comparison_operator
888 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
889 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
890 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
891 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
892 @code{ge}, @code{geu}.
893 @end defun
895 @node Defining Predicates
896 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
897 @cindex defining predicates
898 @findex define_predicate
899 @findex define_special_predicate
901 Many machines have requirements for their operands that cannot be
902 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
903 additional predicates using @code{define_predicate} and
904 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
905 three operands:
907 @itemize @bullet
908 @item
909 The name of the predicate, as it will be referred to in
910 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
912 @item
913 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
914 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
915 the following RTL codes:
917 @table @code
918 @item MATCH_OPERAND
919 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
920 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
921 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
922 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
923 predicates and predicates that have already been defined.
925 @item MATCH_CODE
926 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
927 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
929 The first operand of this expression is a string constant containing a
930 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
931 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
933 The second operand is a string constant which indicates what
934 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
935 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
936 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
937 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
938 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
939 characters it is the result of the previous character.  A digit
940 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
941 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
942 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
943 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
944 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
945 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
946 object.
948 @item MATCH_TEST
949 This expression has one operand, a string constant containing a C
950 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
951 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
952 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
953 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
955 @item  AND
956 @itemx IOR
957 @itemx NOT
958 @itemx IF_THEN_ELSE
959 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
960 logical operators, which have the semantics of the C operators
961 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
962 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
963 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
964 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
965 @end table
967 @item
968 An optional block of C code, which should execute
969 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
970 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
971 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
972 available with those names.
974 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
975 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
976 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
977 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
978 code block that was checked in the RTL expression.
979 @end itemize
981 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
982 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
983 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
984 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
985 @code{MATCH_CODE}.
987 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
988 machine description:
990 @smallexample
991 @group
992 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
993 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
994   (and (match_code "symbol_ref")
995        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
996 @end group
997 @end smallexample
999 @noindent
1000 And here is another, showing the use of the C block.
1002 @smallexample
1003 @group
1004 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
1005 (define_predicate "gr_register_operand"
1006   (match_operand 0 "register_operand")
1008   unsigned int regno;
1009   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
1010     op = SUBREG_REG (op);
1012   regno = REGNO (op);
1013   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
1015 @end group
1016 @end smallexample
1018 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1019 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1020 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1021 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1022 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1023 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1024 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1025 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1026 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1027 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1028 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1029 @code{immediate_operand}.
1031 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1032 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1033 by @command{genrecog}.
1035 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1036 test predicates.  It also writes a header file containing function
1037 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1038 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1039 @end ifset
1041 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1042 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1043 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1044 @ifset INTERNALS
1045 @node Constraints
1046 @section Operand Constraints
1047 @cindex operand constraints
1048 @cindex constraints
1050 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1051 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1052 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1053 predicate.
1055 @end ifset
1056 @ifclear INTERNALS
1057 @node Constraints
1058 @section Constraints for @code{asm} Operands
1059 @cindex operand constraints, @code{asm}
1060 @cindex constraints, @code{asm}
1061 @cindex @code{asm} constraints
1063 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1064 @code{asm} operands.
1065 @end ifclear
1066 Constraints can say whether
1067 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1068 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1069 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1070 have.  Constraints can also require two operands to match.
1071 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1072 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1073 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1074 the addressing register.
1076 @ifset INTERNALS
1077 @menu
1078 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1079 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1080 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1081 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1082 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1083 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1084 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1085 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1086 @end menu
1087 @end ifset
1089 @ifclear INTERNALS
1090 @menu
1091 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1092 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1093 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1094 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1095 @end menu
1096 @end ifclear
1098 @node Simple Constraints
1099 @subsection Simple Constraints
1100 @cindex simple constraints
1102 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1103 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1104 the letters that are allowed:
1106 @table @asis
1107 @item whitespace
1108 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1109 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1110 be visually aligned in the machine description even if they have different
1111 number of constraints and modifiers.
1113 @cindex @samp{m} in constraint
1114 @cindex memory references in constraints
1115 @item @samp{m}
1116 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1117 supports in general.
1118 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1119 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1121 @cindex offsettable address
1122 @cindex @samp{o} in constraint
1123 @item @samp{o}
1124 A memory operand is allowed, but only if the address is
1125 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1126 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1127 may be added to the address and the result is also a valid memory
1128 address.
1130 @cindex autoincrement/decrement addressing
1131 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1132 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1133 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1134 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1135 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1136 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1137 addressing modes that the machine supports.
1139 Note that in an output operand which can be matched by another
1140 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1141 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1142 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1144 @cindex @samp{V} in constraint
1145 @item @samp{V}
1146 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1147 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1149 @cindex @samp{<} in constraint
1150 @item @samp{<}
1151 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1152 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1153 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1154 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1155 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1156 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1157 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1158 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1159 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1160 or @code{%P0} on IA-64.
1162 @cindex @samp{>} in constraint
1163 @item @samp{>}
1164 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1165 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1166 as for @samp{<} apply.
1168 @cindex @samp{r} in constraint
1169 @cindex registers in constraints
1170 @item @samp{r}
1171 A register operand is allowed provided that it is in a general
1172 register.
1174 @cindex constants in constraints
1175 @cindex @samp{i} in constraint
1176 @item @samp{i}
1177 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1178 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1179 assembly time or later.
1181 @cindex @samp{n} in constraint
1182 @item @samp{n}
1183 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1184 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1185 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1186 rather than @samp{i}.
1188 @cindex @samp{I} in constraint
1189 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1190 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1191 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1192 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1193 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1194 This is the range permitted as a shift count in the shift
1195 instructions.
1197 @cindex @samp{E} in constraint
1198 @item @samp{E}
1199 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1200 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1201 that of the host machine (on which the compiler is running).
1203 @cindex @samp{F} in constraint
1204 @item @samp{F}
1205 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1206 @code{const_vector}) is allowed.
1208 @cindex @samp{G} in constraint
1209 @cindex @samp{H} in constraint
1210 @item @samp{G}, @samp{H}
1211 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1212 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1214 @cindex @samp{s} in constraint
1215 @item @samp{s}
1216 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1217 allowed.
1219 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1220 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1221 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1222 better code to be generated.
1224 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1225 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1226 and 127, better code results from loading the value into a register and
1227 using the register.  This is because the load into the register can be
1228 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1229 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1230 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1231 constraints.
1233 @cindex @samp{g} in constraint
1234 @item @samp{g}
1235 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1236 registers that are not general registers.
1238 @cindex @samp{X} in constraint
1239 @item @samp{X}
1240 @ifset INTERNALS
1241 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1242 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1243 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1244 require a scratch register.
1245 @end ifset
1246 @ifclear INTERNALS
1247 Any operand whatsoever is allowed.
1248 @end ifclear
1250 @cindex @samp{0} in constraint
1251 @cindex digits in constraint
1252 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1253 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1254 digit is used together with letters within the same alternative, the
1255 digit should come last.
1257 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1258 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1259 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1260 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1261 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1262 can use multiple alternatives instead.
1264 @cindex matching constraint
1265 @cindex constraint, matching
1266 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1267 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1268 @ifset INTERNALS
1269 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1270 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1271 @end ifset
1272 @ifclear INTERNALS
1273 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1274 two input operands and an output operand, but on most CISC
1275 @end ifclear
1276 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1277 input-output operand:
1279 @smallexample
1280 addl #35,r12
1281 @end smallexample
1283 Matching constraints are used in these circumstances.
1284 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1285 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1286 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1287 constraint.
1289 @ifset INTERNALS
1290 For operands to match in a particular case usually means that they
1291 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1292 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1293 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1294 For proper results in such cases, the output template should always
1295 use the output-operand's number when printing the operand.
1296 @end ifset
1298 @cindex load address instruction
1299 @cindex push address instruction
1300 @cindex address constraints
1301 @cindex @samp{p} in constraint
1302 @item @samp{p}
1303 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1304 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1306 @findex address_operand
1307 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1308 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1309 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1310 reference for which the address would be valid.
1312 @cindex other register constraints
1313 @cindex extensible constraints
1314 @item @var{other-letters}
1315 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1316 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1317 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1318 for data, address and floating point registers.
1319 @end table
1321 @ifset INTERNALS
1322 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1323 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1324 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1325 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1326 done by copying an operand into a register.
1328 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1330 @smallexample
1331 (define_insn ""
1332   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1333         (plus:SI (match_dup 0)
1334                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1335   ""
1336   "@dots{}")
1337 @end smallexample
1339 @noindent
1340 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1342 @smallexample
1343 (define_insn ""
1344   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1345         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1346                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1347   ""
1348   "@dots{}")
1349 @end smallexample
1351 @noindent
1352 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1353 identical.  If we are considering an insn of the form
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1357   (set (reg:SI 3)
1358        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1359   @dots{})
1360 @end smallexample
1362 @noindent
1363 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1364 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1365 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1366 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1367 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1368 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1369 results might look like this:
1371 @smallexample
1372 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1373   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1374   @dots{})
1376 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1377   (set (reg:SI 3)
1378        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1379   @dots{})
1380 @end smallexample
1382 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1383 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1384 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1385 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1386 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1387 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1388 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1389 reloading any possible operand so that it will fit.
1391 @itemize @bullet
1392 @item
1393 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1394 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1396 For example, an operand whose constraints permit everything except
1397 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1399 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1400 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1401 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1402 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1403 more selective.
1405 @item
1406 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1407 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1408 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1409 compiler knows how to copy a register into another register of the
1410 proper class in order to make an instruction valid.
1412 @cindex nonoffsettable memory reference
1413 @cindex memory reference, nonoffsettable
1414 @item
1415 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1416 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1417 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1419 @item
1420 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1421 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1422 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1423 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1425 @item
1426 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1427 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1428 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1429 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1430 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1431 objects allowed by the constraint.
1432 @end itemize
1434 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1435 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1436 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1437 how to copy a register temporarily into memory.
1439 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1440 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1441 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1442 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1443 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1444 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1445 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1446 @code{sign_extend}.
1447 @end ifset
1449 @node Multi-Alternative
1450 @subsection Multiple Alternative Constraints
1451 @cindex multiple alternative constraints
1453 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1454 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1455 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1456 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1457 another.
1459 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1460 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1461 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1462 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1463 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1464 @ifset INTERNALS
1465 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1467 @smallexample
1468 (define_insn "iorsi3"
1469   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1470         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1471                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1472   @dots{})
1473 @end smallexample
1475 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1476 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1477 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1478 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1479 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1480 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1481 @end ifset
1483 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1484 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1485 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1486 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1487 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1488 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1489 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1491 @table @code
1492 @cindex @samp{?} in constraint
1493 @cindex question mark
1494 @item ?
1495 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1496 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1497 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1498 in it.
1500 @cindex @samp{!} in constraint
1501 @cindex exclamation point
1502 @item !
1503 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1504 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1505 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1506 @end table
1508 @ifset INTERNALS
1509 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1510 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1511 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1512 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1513 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1514 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1515 @end ifset
1517 @ifset INTERNALS
1518 @node Class Preferences
1519 @subsection Register Class Preferences
1520 @cindex class preference constraints
1521 @cindex register class preference constraints
1523 @cindex voting between constraint alternatives
1524 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1525 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1526 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1527 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1528 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1529 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1530 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1531 favor of a general register.  The machine description says which registers
1532 are considered general.
1534 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1535 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1536 @end ifset
1538 @node Modifiers
1539 @subsection Constraint Modifier Characters
1540 @cindex modifiers in constraints
1541 @cindex constraint modifier characters
1543 @c prevent bad page break with this line
1544 Here are constraint modifier characters.
1546 @table @samp
1547 @cindex @samp{=} in constraint
1548 @item =
1549 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1550 value is discarded and replaced by output data.
1552 @cindex @samp{+} in constraint
1553 @item +
1554 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1556 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1557 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1558 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1559 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1560 are assumed to be input only.
1562 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1563 first character of the constraint string.
1565 @cindex @samp{&} in constraint
1566 @cindex earlyclobber operand
1567 @item &
1568 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1569 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1570 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1571 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1572 address.
1574 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1575 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1576 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1577 @samp{movdf} insn of the 68000.
1579 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1580 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1581 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1582 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1583 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1585 Furthermore, if the @dfn{earlyclobber} operand is also read/write operand, then
1586 that operand is modified only after it's used.
1588 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=} or @samp{+}.
1590 @cindex @samp{%} in constraint
1591 @item %
1592 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1593 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1594 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1595 constraints.  @samp{%} applies to all alternatives and must appear as
1596 the first character in the constraint.  Only input operands can use
1597 @samp{%}.
1599 @ifset INTERNALS
1600 This is often used in patterns for addition instructions
1601 that really have only two operands: the result must go in one of the
1602 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1603 instruction is defined:
1605 @smallexample
1606 (define_insn "addhi3"
1607   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1608      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1609               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1610   @dots{})
1611 @end smallexample
1612 @end ifset
1613 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1614 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1615 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1616 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1617 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1618 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1619 @samp{%} to make the intended insn match.
1621 @cindex @samp{#} in constraint
1622 @item #
1623 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1624 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1625 register preferences.
1627 @cindex @samp{*} in constraint
1628 @item *
1629 Says that the following character should be ignored when choosing
1630 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1631 constraint as a constraint, and no effect on reloading.  For LRA
1632 @samp{*} additionally disparages slightly the alternative if the
1633 following character matches the operand.
1635 @ifset INTERNALS
1636 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1637 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1638 copying it into an address register.  While either kind of register is
1639 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1640 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1641 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1642 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1643 register preferences.
1645 @smallexample
1646 (define_insn "extendhisi2"
1647   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1648         (sign_extend:SI
1649          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1650   @dots{})
1651 @end smallexample
1652 @end ifset
1653 @end table
1655 @node Machine Constraints
1656 @subsection Constraints for Particular Machines
1657 @cindex machine specific constraints
1658 @cindex constraints, machine specific
1660 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1661 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1662 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1663 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1664 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1665 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1666 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1667 immediate-constant format.
1669 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1670 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1671 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1672 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1673 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1674 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1675 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1676 table heading for each architecture is the definitive reference for
1677 the meanings of that architecture's constraints.
1679 @table @emph
1680 @item AArch64 family---@file{config/aarch64/constraints.md}
1681 @table @code
1682 @item k
1683 The stack pointer register (@code{SP})
1685 @item w
1686 Floating point or SIMD vector register
1688 @item I
1689 Integer constant that is valid as an immediate operand in an @code{ADD}
1690 instruction
1692 @item J
1693 Integer constant that is valid as an immediate operand in a @code{SUB}
1694 instruction (once negated)
1696 @item K
1697 Integer constant that can be used with a 32-bit logical instruction
1699 @item L
1700 Integer constant that can be used with a 64-bit logical instruction
1702 @item M
1703 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 32-bit @code{MOV}
1704 pseudo instruction. The @code{MOV} may be assembled to one of several different
1705 machine instructions depending on the value
1707 @item N
1708 Integer constant that is valid as an immediate operand in a 64-bit @code{MOV}
1709 pseudo instruction
1711 @item S
1712 An absolute symbolic address or a label reference
1714 @item Y
1715 Floating point constant zero
1717 @item Z
1718 Integer constant zero
1720 @item Ush
1721 The high part (bits 12 and upwards) of the pc-relative address of a symbol
1722 within 4GB of the instruction
1724 @item Q
1725 A memory address which uses a single base register with no offset
1727 @item Ump
1728 A memory address suitable for a load/store pair instruction in SI, DI, SF and
1729 DF modes
1731 @end table
1734 @item ARC ---@file{config/arc/constraints.md}
1735 @table @code
1736 @item q
1737 Registers usable in ARCompact 16-bit instructions: @code{r0}-@code{r3},
1738 @code{r12}-@code{r15}.  This constraint can only match when the @option{-mq}
1739 option is in effect.
1741 @item e
1742 Registers usable as base-regs of memory addresses in ARCompact 16-bit memory
1743 instructions: @code{r0}-@code{r3}, @code{r12}-@code{r15}, @code{sp}.
1744 This constraint can only match when the @option{-mq}
1745 option is in effect.
1746 @item D
1747 ARC FPX (dpfp) 64-bit registers. @code{D0}, @code{D1}.
1749 @item I
1750 A signed 12-bit integer constant.
1752 @item Cal
1753 constant for arithmetic/logical operations.  This might be any constant
1754 that can be put into a long immediate by the assmbler or linker without
1755 involving a PIC relocation.
1757 @item K
1758 A 3-bit unsigned integer constant.
1760 @item L
1761 A 6-bit unsigned integer constant.
1763 @item CnL
1764 One's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1766 @item CmL
1767 Two's complement of a 6-bit unsigned integer constant.
1769 @item M
1770 A 5-bit unsigned integer constant.
1772 @item O
1773 A 7-bit unsigned integer constant.
1775 @item P
1776 A 8-bit unsigned integer constant.
1778 @item H
1779 Any const_double value.
1780 @end table
1782 @item ARM family---@file{config/arm/constraints.md}
1783 @table @code
1784 @item w
1785 VFP floating-point register
1787 @item G
1788 The floating-point constant 0.0
1790 @item I
1791 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1792 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1793 multiple of 2
1795 @item J
1796 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1798 @item K
1799 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1801 @item L
1802 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1804 @item M
1805 Integer in the range 0 to 32
1807 @item Q
1808 A memory reference where the exact address is in a single register
1809 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1811 @item R
1812 An item in the constant pool
1814 @item S
1815 A symbol in the text segment of the current file
1817 @item Uv
1818 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1820 @item Uy
1821 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1823 @item Uq
1824 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1825 @end table
1827 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1828 @table @code
1829 @item l
1830 Registers from r0 to r15
1832 @item a
1833 Registers from r16 to r23
1835 @item d
1836 Registers from r16 to r31
1838 @item w
1839 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1841 @item e
1842 Pointer register (r26--r31)
1844 @item b
1845 Base pointer register (r28--r31)
1847 @item q
1848 Stack pointer register (SPH:SPL)
1850 @item t
1851 Temporary register r0
1853 @item x
1854 Register pair X (r27:r26)
1856 @item y
1857 Register pair Y (r29:r28)
1859 @item z
1860 Register pair Z (r31:r30)
1862 @item I
1863 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1865 @item J
1866 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1868 @item K
1869 Constant integer 2
1871 @item L
1872 Constant integer 0
1874 @item M
1875 Constant that fits in 8 bits
1877 @item N
1878 Constant integer @minus{}1
1880 @item O
1881 Constant integer 8, 16, or 24
1883 @item P
1884 Constant integer 1
1886 @item G
1887 A floating point constant 0.0
1889 @item Q
1890 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1891 @end table
1893 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
1894 @table @code
1895 @item U16
1896 An unsigned 16-bit constant.
1898 @item K
1899 An unsigned 5-bit constant.
1901 @item L
1902 A signed 11-bit constant.
1904 @item Cm1
1905 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
1906 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1908 @item Cl1
1909 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
1910 being a block of trailing zeroes.
1911 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1913 @item Cr1
1914 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
1915 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
1916 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1918 @item Cal
1919 Constant for arithmetic/logical operations.
1920 This is like @code{i}, except that for position independent code,
1921 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
1923 @item Csy
1924 Symbolic constant for call/jump instruction.
1926 @item Rcs
1927 The register class usable in short insns.  This is a register class
1928 constraint, and can thus drive register allocation.
1929 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
1930 in effect.
1932 @item Rsc
1933 The the register class of registers that can be used to hold a
1934 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
1936 @item Rct
1937 Core control register class.
1939 @item Rgs
1940 The register group usable in short insns.
1941 This constraint does not use a register class, so that it only
1942 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
1944 @ifset INTERNALS
1945 @item Car
1946 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
1947 For byte, halfword, or word addressing.
1948 @end ifset
1950 @item Rra
1951 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
1953 @item Rcc
1954 Matches the integer condition code register.
1956 @item Sra
1957 Matches the return address if it is in a stack slot.
1959 @item Cfm
1960 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
1961 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
1962 @end table
1964 @item CR16 Architecture---@file{config/cr16/cr16.h}
1965 @table @code
1967 @item b
1968 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1970 @item t
1971 Register from r0 to r11 (all 16-bit registers)
1973 @item p
1974 Register from r12 to r15 (all 32-bit registers)
1976 @item I
1977 Signed constant that fits in 4 bits
1979 @item J
1980 Signed constant that fits in 5 bits
1982 @item K
1983 Signed constant that fits in 6 bits
1985 @item L
1986 Unsigned constant that fits in 4 bits
1988 @item M
1989 Signed constant that fits in 32 bits
1991 @item N
1992 Check for 64 bits wide constants for add/sub instructions
1994 @item G
1995 Floating point constant that is legal for store immediate
1996 @end table
1998 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1999 @table @code
2000 @item a
2001 General register 1
2003 @item f
2004 Floating point register
2006 @item q
2007 Shift amount register
2009 @item x
2010 Floating point register (deprecated)
2012 @item y
2013 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
2015 @item Z
2016 Any register
2018 @item I
2019 Signed 11-bit integer constant
2021 @item J
2022 Signed 14-bit integer constant
2024 @item K
2025 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
2027 @item L
2028 Signed 5-bit integer constant
2030 @item M
2031 Integer constant 0
2033 @item N
2034 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
2036 @item O
2037 Integer constant whose value plus one is a power of 2
2039 @item P
2040 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
2041 and @code{extru} instructions
2043 @item S
2044 Integer constant 31
2046 @item U
2047 Integer constant 63
2049 @item G
2050 Floating-point constant 0.0
2052 @item A
2053 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
2055 @item Q
2056 A memory operand that can be used as the destination operand of an
2057 integer store instruction
2059 @item R
2060 A scaled or unscaled indexed memory operand
2062 @item T
2063 A memory operand for floating-point loads and stores
2065 @item W
2066 A register indirect memory operand
2067 @end table
2069 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/constraints.md}
2070 @table @code
2071 @item b
2072 Address base register
2074 @item d
2075 Floating point register (containing 64-bit value)
2077 @item f
2078 Floating point register (containing 32-bit value)
2080 @item v
2081 Altivec vector register
2083 @item wa
2084 Any VSX register if the -mvsx option was used or NO_REGS.
2086 @item wd
2087 VSX vector register to hold vector double data or NO_REGS.
2089 @item wf
2090 VSX vector register to hold vector float data or NO_REGS.
2092 @item wg
2093 If @option{-mmfpgpr} was used, a floating point register or NO_REGS.
2095 @item wh
2096 Floating point register if direct moves are available, or NO_REGS.
2098 @item wi
2099 FP or VSX register to hold 64-bit integers for VSX insns or NO_REGS.
2101 @item wj
2102 FP or VSX register to hold 64-bit integers for direct moves or NO_REGS.
2104 @item wk
2105 FP or VSX register to hold 64-bit doubles for direct moves or NO_REGS.
2107 @item wl
2108 Floating point register if the LFIWAX instruction is enabled or NO_REGS.
2110 @item wm
2111 VSX register if direct move instructions are enabled, or NO_REGS.
2113 @item wn
2114 No register (NO_REGS).
2116 @item wr
2117 General purpose register if 64-bit instructions are enabled or NO_REGS.
2119 @item ws
2120 VSX vector register to hold scalar double values or NO_REGS.
2122 @item wt
2123 VSX vector register to hold 128 bit integer or NO_REGS.
2125 @item wu
2126 Altivec register to use for float/32-bit int loads/stores  or NO_REGS.
2128 @item wv
2129 Altivec register to use for double loads/stores  or NO_REGS.
2131 @item ww
2132 FP or VSX register to perform float operations under @option{-mvsx} or NO_REGS.
2134 @item wx
2135 Floating point register if the STFIWX instruction is enabled or NO_REGS.
2137 @item wy
2138 FP or VSX register to perform ISA 2.07 float ops or NO_REGS.
2140 @item wz
2141 Floating point register if the LFIWZX instruction is enabled or NO_REGS.
2143 @item wD
2144 Int constant that is the element number of the 64-bit scalar in a vector.
2146 @item wQ
2147 A memory address that will work with the @code{lq} and @code{stq}
2148 instructions.
2150 @item h
2151 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
2153 @item q
2154 @samp{MQ} register
2156 @item c
2157 @samp{CTR} register
2159 @item l
2160 @samp{LINK} register
2162 @item x
2163 @samp{CR} register (condition register) number 0
2165 @item y
2166 @samp{CR} register (condition register)
2168 @item z
2169 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
2171 @item I
2172 Signed 16-bit constant
2174 @item J
2175 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
2176 @code{SImode} constants)
2178 @item K
2179 Unsigned 16-bit constant
2181 @item L
2182 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
2184 @item M
2185 Constant larger than 31
2187 @item N
2188 Exact power of 2
2190 @item O
2191 Zero
2193 @item P
2194 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
2196 @item G
2197 Floating point constant that can be loaded into a register with one
2198 instruction per word
2200 @item H
2201 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
2202 three instructions
2204 @item m
2205 Memory operand.
2206 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
2207 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
2208 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
2209 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2210 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2211 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2212 corresponding load or store instruction.  For example:
2214 @smallexample
2215 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2216 @end smallexample
2218 is correct but:
2220 @smallexample
2221 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2222 @end smallexample
2224 is not.
2226 @item es
2227 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2228 automodification of the base register.  This used to be useful when
2229 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
2230 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
2231 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2233 @item Q
2234 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2235 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2237 @item Z
2238 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2239 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2241 @item R
2242 AIX TOC entry
2244 @item a
2245 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2246 preferable for @code{asm} statements)
2248 @item S
2249 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2251 @item T
2252 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2254 @item U
2255 System V Release 4 small data area reference
2257 @item t
2258 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2260 @item W
2261 Vector constant that does not require memory
2263 @item j
2264 Vector constant that is all zeros.
2266 @end table
2268 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2269 @table @code
2270 @item R
2271 Legacy register---the eight integer registers available on all
2272 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2273 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2275 @item q
2276 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2277 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2279 @item Q
2280 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2281 @code{c}, and @code{d}.
2283 @ifset INTERNALS
2284 @item l
2285 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2286 access: that is, any general register except the stack pointer.
2287 @end ifset
2289 @item a
2290 The @code{a} register.
2292 @item b
2293 The @code{b} register.
2295 @item c
2296 The @code{c} register.
2298 @item d
2299 The @code{d} register.
2301 @item S
2302 The @code{si} register.
2304 @item D
2305 The @code{di} register.
2307 @item A
2308 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2309 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2310 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2311 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2313 @smallexample
2314 unsigned long long rdtsc (void)
2316   unsigned long long tick;
2317   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2318   return tick;
2320 @end smallexample
2322 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2323 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2325 @smallexample
2326 unsigned long long rdtsc (void)
2328   unsigned int tickl, tickh;
2329   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2330   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2332 @end smallexample
2335 @item f
2336 Any 80387 floating-point (stack) register.
2338 @item t
2339 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2341 @item u
2342 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2344 @item y
2345 Any MMX register.
2347 @item x
2348 Any SSE register.
2350 @item Yz
2351 First SSE register (@code{%xmm0}).
2353 @ifset INTERNALS
2354 @item Y2
2355 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2357 @item Yi
2358 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2360 @item Ym
2361 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2362 @end ifset
2364 @item I
2365 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2367 @item J
2368 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2370 @item K
2371 Signed 8-bit integer constant.
2373 @item L
2374 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2376 @item M
2377 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2379 @item N
2380 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2381 instructions).
2383 @ifset INTERNALS
2384 @item O
2385 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2386 @end ifset
2388 @item G
2389 Standard 80387 floating point constant.
2391 @item C
2392 Standard SSE floating point constant.
2394 @item e
2395 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2396 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2397 instructions).
2399 @item Z
2400 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2401 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2402 instructions).
2404 @end table
2406 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2407 @table @code
2408 @item a
2409 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2411 @item b
2412 Branch register
2414 @item c
2415 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2417 @item d
2418 Application register residing in M-unit
2420 @item e
2421 Application register residing in I-unit
2423 @item f
2424 Floating-point register
2426 @item m
2427 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2428 the operand can have postincrement and postdecrement which
2429 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2431 @item G
2432 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2434 @item I
2435 14-bit signed integer constant
2437 @item J
2438 22-bit signed integer constant
2440 @item K
2441 8-bit signed integer constant for logical instructions
2443 @item L
2444 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2446 @item M
2447 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2449 @item N
2450 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2452 @item O
2453 The constant zero
2455 @item P
2456 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2458 @item Q
2459 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2461 @item R
2462 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2464 @item S
2465 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2466 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2467 or @samp{>}.
2468 @end table
2470 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2471 @table @code
2472 @item a
2473 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2475 @item b
2476 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2478 @item c
2479 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2480 @code{icc0} to @code{icc3}).
2482 @item d
2483 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2485 @item e
2486 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2487 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2488 mode larger than 4 bytes.
2490 @item f
2491 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2493 @item h
2494 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2495 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2496 mode larger than 4 bytes.
2498 @item l
2499 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2501 @item q
2502 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2503 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2504 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2506 @item t
2507 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2509 @item u
2510 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2512 @item v
2513 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2515 @item w
2516 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2518 @item x
2519 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2520 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2521 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2523 @item z
2524 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2526 @item A
2527 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2529 @item B
2530 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2532 @item C
2533 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2535 @item G
2536 Floating point constant zero
2538 @item I
2539 6-bit signed integer constant
2541 @item J
2542 10-bit signed integer constant
2544 @item L
2545 16-bit signed integer constant
2547 @item M
2548 16-bit unsigned integer constant
2550 @item N
2551 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2552 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2554 @item O
2555 Constant zero
2557 @item P
2558 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2559 range of 1 to 2047.
2561 @end table
2563 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2564 @table @code
2565 @item a
2566 P register
2568 @item d
2569 D register
2571 @item z
2572 A call clobbered P register.
2574 @item q@var{n}
2575 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2576 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2578 @item D
2579 Even-numbered D register
2581 @item W
2582 Odd-numbered D register
2584 @item e
2585 Accumulator register.
2587 @item A
2588 Even-numbered accumulator register.
2590 @item B
2591 Odd-numbered accumulator register.
2593 @item b
2594 I register
2596 @item v
2597 B register
2599 @item f
2600 M register
2602 @item c
2603 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2605 @item C
2606 The CC register.
2608 @item t
2609 LT0 or LT1.
2611 @item k
2612 LC0 or LC1.
2614 @item u
2615 LB0 or LB1.
2617 @item x
2618 Any D, P, B, M, I or L register.
2620 @item y
2621 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2622 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2624 @item w
2625 Any register except accumulators or CC.
2627 @item Ksh
2628 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2630 @item Kuh
2631 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2633 @item Ks7
2634 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2636 @item Ku7
2637 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2639 @item Ku5
2640 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2642 @item Ks4
2643 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2645 @item Ks3
2646 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2648 @item Ku3
2649 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2651 @item P@var{n}
2652 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2654 @item PA
2655 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2656 use with either accumulator.
2658 @item PB
2659 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2660 use only with accumulator A1.
2662 @item M1
2663 Constant 255.
2665 @item M2
2666 Constant 65535.
2668 @item J
2669 An integer constant with exactly a single bit set.
2671 @item L
2672 An integer constant with all bits set except exactly one.
2674 @item H
2676 @item Q
2677 Any SYMBOL_REF.
2678 @end table
2680 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2681 @table @code
2682 @item Rsp
2683 @itemx Rfb
2684 @itemx Rsb
2685 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2687 @item Rcr
2688 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2689 registers are 24 bits wide)
2691 @item Rcl
2692 Any control register, when they're 24 bits wide.
2694 @item R0w
2695 @itemx R1w
2696 @itemx R2w
2697 @itemx R3w
2698 $r0, $r1, $r2, $r3.
2700 @item R02
2701 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2703 @item R13
2704 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2706 @item Rdi
2707 A register that can hold a 64 bit value.
2709 @item Rhl
2710 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2712 @item R23
2713 $r2 or $r3
2715 @item Raa
2716 Address registers
2718 @item Raw
2719 Address registers when they're 16 bits wide.
2721 @item Ral
2722 Address registers when they're 24 bits wide.
2724 @item Rqi
2725 Registers that can hold QI values.
2727 @item Rad
2728 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2730 @item Rsi
2731 Registers that can hold 32 bit values.
2733 @item Rhi
2734 Registers that can hold 16 bit values.
2736 @item Rhc
2737 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2738 registers.
2740 @item Rra
2741 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2743 @item Rfl
2744 The flags register.
2746 @item Rmm
2747 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2749 @item Rpi
2750 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2751 bit registers for m32cm, m32c).
2753 @item Rpa
2754 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2755 Used to match function return values.
2757 @item Is3
2758 @minus{}8 @dots{} 7
2760 @item IS1
2761 @minus{}128 @dots{} 127
2763 @item IS2
2764 @minus{}32768 @dots{} 32767
2766 @item IU2
2767 0 @dots{} 65535
2769 @item In4
2770 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2772 @item In5
2773 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2775 @item In6
2776 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2778 @item IM2
2779 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2781 @item Ilb
2782 An 8 bit value with exactly one bit set.
2784 @item Ilw
2785 A 16 bit value with exactly one bit set.
2787 @item Sd
2788 The common src/dest memory addressing modes.
2790 @item Sa
2791 Memory addressed using $a0 or $a1.
2793 @item Si
2794 Memory addressed with immediate addresses.
2796 @item Ss
2797 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2799 @item Sf
2800 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2802 @item Ss
2803 Memory addressed using the small base register ($sb).
2805 @item S1
2806 $r1h
2807 @end table
2809 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2810 @table @code
2812 @item a
2813 The $sp register.
2815 @item b
2816 The $tp register.
2818 @item c
2819 Any control register.
2821 @item d
2822 Either the $hi or the $lo register.
2824 @item em
2825 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2827 @item ex
2828 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2830 @item er
2831 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2833 @item h
2834 The $hi register.
2836 @item j
2837 The $rpc register.
2839 @item l
2840 The $lo register.
2842 @item t
2843 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2845 @item v
2846 The $gp register.
2848 @item x
2849 The coprocessor registers.
2851 @item y
2852 The coprocessor control registers.
2854 @item z
2855 The $0 register.
2857 @item A
2858 User-defined register set A.
2860 @item B
2861 User-defined register set B.
2863 @item C
2864 User-defined register set C.
2866 @item D
2867 User-defined register set D.
2869 @item I
2870 Offsets for $gp-rel addressing.
2872 @item J
2873 Constants that can be used directly with boolean insns.
2875 @item K
2876 Constants that can be moved directly to registers.
2878 @item L
2879 Small constants that can be added to registers.
2881 @item M
2882 Long shift counts.
2884 @item N
2885 Small constants that can be compared to registers.
2887 @item O
2888 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2890 @item S
2891 Signed 8-bit immediates.
2893 @item T
2894 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2896 @item U
2897 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2899 @item W
2900 The top half of a symbol's value.
2902 @item Y
2903 A register indirect address without offset.
2905 @item Z
2906 Symbolic references to the control bus.
2908 @end table
2910 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2911 @table @code
2912 @item d
2913 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2915 @item z
2916 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2918 @end table
2920 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2921 @table @code
2922 @item d
2923 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2924 generating MIPS16 code.
2926 @item f
2927 A floating-point register (if available).
2929 @item h
2930 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2932 @item l
2933 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2934 no bigger than a word.
2936 @item x
2937 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2938 to store doubleword values.
2940 @item c
2941 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2942 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2944 @item v
2945 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2946 it is retained only for compatibility with glibc.
2948 @item y
2949 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2951 @item z
2952 A floating-point condition code register.
2954 @item I
2955 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2957 @item J
2958 Integer zero.
2960 @item K
2961 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2963 @item L
2964 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2965 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2967 @item M
2968 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2969 or @code{ori}.
2971 @item N
2972 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2974 @item O
2975 A signed 15-bit constant.
2977 @item P
2978 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2980 @item G
2981 Floating-point zero.
2983 @item R
2984 An address that can be used in a non-macro load or store.
2986 @item ZC
2987 When compiling microMIPS code, this constraint matches a memory operand
2988 whose address is formed from a base register and a 12-bit offset.  These
2989 operands can be used for microMIPS instructions such as @code{ll} and
2990 @code{sc}.  When not compiling for microMIPS code, @code{ZC} is
2991 equivalent to @code{R}.
2993 @item ZD
2994 When compiling microMIPS code, this constraint matches an address operand
2995 that is formed from a base register and a 12-bit offset.  These operands
2996 can be used for microMIPS instructions such as @code{prefetch}.  When
2997 not compiling for microMIPS code, @code{ZD} is equivalent to @code{p}.
2998 @end table
3000 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
3001 @table @code
3002 @item a
3003 Address register
3005 @item d
3006 Data register
3008 @item f
3009 68881 floating-point register, if available
3011 @item I
3012 Integer in the range 1 to 8
3014 @item J
3015 16-bit signed number
3017 @item K
3018 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
3020 @item L
3021 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
3023 @item M
3024 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
3026 @item N
3027 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
3029 @item O
3030 16 (for rotate using swap)
3032 @item P
3033 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
3035 @item R
3036 Numbers that mov3q can handle
3038 @item G
3039 Floating point constant that is not a 68881 constant
3041 @item S
3042 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
3044 @item T
3045 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
3047 @item Q
3048 Address register indirect addressing mode
3050 @item U
3051 Register offset addressing
3053 @item W
3054 const_call_operand
3056 @item Cs
3057 symbol_ref or const
3059 @item Ci
3060 const_int
3062 @item C0
3063 const_int 0
3065 @item Cj
3066 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
3068 @item Cmvq
3069 Integers valid for mvq
3071 @item Capsw
3072 Integers valid for a moveq followed by a swap
3074 @item Cmvz
3075 Integers valid for mvz
3077 @item Cmvs
3078 Integers valid for mvs
3080 @item Ap
3081 push_operand
3083 @item Ac
3084 Non-register operands allowed in clr
3086 @end table
3088 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
3089 @table @code
3090 @item A
3091 An absolute address
3093 @item B
3094 An offset address
3096 @item W
3097 A register indirect memory operand
3099 @item I
3100 A constant in the range of 0 to 255.
3102 @item N
3103 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
3105 @end table
3107 @item MSP430--@file{config/msp430/constraints.md}
3108 @table @code
3110 @item R12
3111 Register R12.
3113 @item R13
3114 Register R13.
3116 @item K
3117 Integer constant 1.
3119 @item L
3120 Integer constant -1^20..1^19.
3122 @item M
3123 Integer constant 1-4.
3125 @item Ya
3126 Memory references which do not require an extended MOVX instruction.
3128 @item Yl
3129 Memory reference, labels only.
3131 @item Ys
3132 Memory reference, stack only.
3134 @end table
3136 @item NDS32---@file{config/nds32/constraints.md}
3137 @table @code
3138 @item w
3139 LOW register class $r0 to $r7 constraint for V3/V3M ISA.
3140 @item l
3141 LOW register class $r0 to $r7.
3142 @item d
3143 MIDDLE register class $r0 to $r11, $r16 to $r19.
3144 @item h
3145 HIGH register class $r12 to $r14, $r20 to $r31.
3146 @item t
3147 Temporary assist register $ta (i.e.@: $r15).
3148 @item k
3149 Stack register $sp.
3150 @item Iu03
3151 Unsigned immediate 3-bit value.
3152 @item In03
3153 Negative immediate 3-bit value in the range of @minus{}7--0.
3154 @item Iu04
3155 Unsigned immediate 4-bit value.
3156 @item Is05
3157 Signed immediate 5-bit value.
3158 @item Iu05
3159 Unsigned immediate 5-bit value.
3160 @item In05
3161 Negative immediate 5-bit value in the range of @minus{}31--0.
3162 @item Ip05
3163 Unsigned immediate 5-bit value for movpi45 instruction with range 16--47.
3164 @item Iu06
3165 Unsigned immediate 6-bit value constraint for addri36.sp instruction.
3166 @item Iu08
3167 Unsigned immediate 8-bit value.
3168 @item Iu09
3169 Unsigned immediate 9-bit value.
3170 @item Is10
3171 Signed immediate 10-bit value.
3172 @item Is11
3173 Signed immediate 11-bit value.
3174 @item Is15
3175 Signed immediate 15-bit value.
3176 @item Iu15
3177 Unsigned immediate 15-bit value.
3178 @item Ic15
3179 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bclr instruction.
3180 @item Ie15
3181 A constant which is not in the range of imm15u but ok for bset instruction.
3182 @item It15
3183 A constant which is not in the range of imm15u but ok for btgl instruction.
3184 @item Ii15
3185 A constant whose compliment value is in the range of imm15u
3186 and ok for bitci instruction.
3187 @item Is16
3188 Signed immediate 16-bit value.
3189 @item Is17
3190 Signed immediate 17-bit value.
3191 @item Is19
3192 Signed immediate 19-bit value.
3193 @item Is20
3194 Signed immediate 20-bit value.
3195 @item Ihig
3196 The immediate value that can be simply set high 20-bit.
3197 @item Izeb
3198 The immediate value 0xff.
3199 @item Izeh
3200 The immediate value 0xffff.
3201 @item Ixls
3202 The immediate value 0x01.
3203 @item Ix11
3204 The immediate value 0x7ff.
3205 @item Ibms
3206 The immediate value with power of 2.
3207 @item Ifex
3208 The immediate value with power of 2 minus 1.
3209 @item U33
3210 Memory constraint for 333 format.
3211 @item U45
3212 Memory constraint for 45 format.
3213 @item U37
3214 Memory constraint for 37 format.
3215 @end table
3217 @item Nios II family---@file{config/nios2/constraints.md}
3218 @table @code
3220 @item I
3221 Integer that is valid as an immediate operand in an
3222 instruction taking a signed 16-bit number. Range
3223 @minus{}32768 to 32767.
3225 @item J
3226 Integer that is valid as an immediate operand in an
3227 instruction taking an unsigned 16-bit number. Range
3228 0 to 65535.
3230 @item K
3231 Integer that is valid as an immediate operand in an
3232 instruction taking only the upper 16-bits of a
3233 32-bit number. Range 32-bit numbers with the lower
3234 16-bits being 0.
3236 @item L
3237 Integer that is valid as an immediate operand for a 
3238 shift instruction. Range 0 to 31.
3240 @item M
3241 Integer that is valid as an immediate operand for
3242 only the value 0. Can be used in conjunction with
3243 the format modifier @code{z} to use @code{r0}
3244 instead of @code{0} in the assembly output.
3246 @item N
3247 Integer that is valid as an immediate operand for
3248 a custom instruction opcode. Range 0 to 255.
3250 @item S
3251 Matches immediates which are addresses in the small
3252 data section and therefore can be added to @code{gp}
3253 as a 16-bit immediate to re-create their 32-bit value.
3255 @ifset INTERNALS
3256 @item T
3257 A @code{const} wrapped @code{UNSPEC} expression,
3258 representing a supported PIC or TLS relocation.
3259 @end ifset
3261 @end table
3263 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
3264 @table @code
3265 @item a
3266 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
3267 memory with a single instruction.
3269 @item d
3270 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
3271 16-bit multiply operations.
3273 @item f
3274 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
3276 @item G
3277 Floating point constant 0.
3279 @item I
3280 An integer constant that fits in 16 bits.
3282 @item J
3283 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
3285 @item K
3286 An integer constant that does not meet the constraints for codes
3287 @samp{I} or @samp{J}.
3289 @item L
3290 The integer constant 1.
3292 @item M
3293 The integer constant @minus{}1.
3295 @item N
3296 The integer constant 0.
3298 @item O
3299 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
3300 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
3301 variable-length shift.
3303 @item Q
3304 A memory reference which requires an additional word (address or
3305 offset) after the opcode.
3307 @item R
3308 A memory reference that is encoded within the opcode.
3310 @end table
3312 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
3313 @table @code
3315 @item Int3
3316 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
3317 @item Int8
3318 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
3319 @item J
3320 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
3321 @item K
3322 The integer constant 1.
3323 @item L
3324 The integer constant -1.
3325 @item M
3326 The integer constant 0.
3327 @item N
3328 The integer constant 2.
3329 @item O
3330 The integer constant -2.
3331 @item P
3332 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3333 @item Qbi
3334 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3335 @item Qsc
3336 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3337 @item Wab
3338 A memory reference with an absolute address.
3339 @item Wbc
3340 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3341 @item Wca
3342 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3343 @item Wcv
3344 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3345 @item Wd2
3346 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3347 @item Wde
3348 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3349 @item Wfr
3350 Any memory reference to an address in the far address space.
3351 @item Wh1
3352 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3353 @item Whb
3354 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3355 @item Whl
3356 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3357 @item Ws1
3358 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3359 @item Y
3360 Any memory reference to an address in the near address space.
3361 @item A
3362 The @code{AX} register.
3363 @item B
3364 The @code{BC} register.
3365 @item D
3366 The @code{DE} register.
3367 @item R
3368 @code{A} through @code{L} registers.
3369 @item S
3370 The @code{SP} register.
3371 @item T
3372 The @code{HL} register.
3373 @item Z08W
3374 The 16-bit @code{R8} register.
3375 @item Z10W
3376 The 16-bit @code{R10} register.
3377 @item Zint
3378 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3379 @item a
3380 The @code{A} register.
3381 @item b
3382 The @code{B} register.
3383 @item c
3384 The @code{C} register.
3385 @item d
3386 The @code{D} register.
3387 @item e
3388 The @code{E} register.
3389 @item h
3390 The @code{H} register.
3391 @item l
3392 The @code{L} register.
3393 @item v
3394 The virtual registers.
3395 @item w
3396 The @code{PSW} register.
3397 @item x
3398 The @code{X} register.
3400 @end table
3402 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3403 @table @code
3404 @item Q
3405 An address which does not involve register indirect addressing or
3406 pre/post increment/decrement addressing.
3408 @item Symbol
3409 A symbol reference.
3411 @item Int08
3412 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3414 @item Sint08
3415 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3417 @item Sint16
3418 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3420 @item Sint24
3421 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3423 @item Uint04
3424 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3426 @end table
3428 @need 1000
3429 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3430 @table @code
3431 @item f
3432 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3433 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3435 @item e
3436 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3437 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3438 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3440 @item c
3441 Floating-point condition code register.
3443 @item d
3444 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3445 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3447 @item b
3448 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3449 when the Visual Instruction Set is available.
3451 @item h
3452 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3454 @item C
3455 The constant all-ones, for floating-point.
3457 @item A
3458 Signed 5-bit constant
3460 @item D
3461 A vector constant
3463 @item I
3464 Signed 13-bit constant
3466 @item J
3467 Zero
3469 @item K
3470 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3471 loaded with the @code{sethi} instruction)
3473 @item L
3474 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions (11-bit
3475 signed immediate)
3477 @item M
3478 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions (10-bit
3479 signed immediate)
3481 @item N
3482 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3483 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3484 modes wider than @code{SImode}
3486 @item O
3487 The constant 4096
3489 @item G
3490 Floating-point zero
3492 @item H
3493 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3495 @item P
3496 The constant -1
3498 @item Q
3499 Floating-point constant whose integral representation can
3500 be moved into an integer register using a single sethi
3501 instruction
3503 @item R
3504 Floating-point constant whose integral representation can
3505 be moved into an integer register using a single mov
3506 instruction
3508 @item S
3509 Floating-point constant whose integral representation can
3510 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3511 instruction sequence
3513 @item T
3514 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3516 @item U
3517 Even register
3519 @item W
3520 Memory address for @samp{e} constraint registers
3522 @item w
3523 Memory address with only a base register
3525 @item Y
3526 Vector zero
3528 @end table
3530 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3531 @table @code
3532 @item a
3533 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3535 @item c
3536 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3538 @item d
3539 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3541 @item f
3542 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3544 @item A
3545 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3547 @item B
3548 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3550 @item C
3551 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3553 @item D
3554 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3556 @item I
3557 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3559 @item J
3560 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3562 @item K
3563 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3565 @item M
3566 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3568 @item N
3569 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3571 @item O
3572 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3574 @item P
3575 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3577 @item R
3578 Call operand, reg, for indirect calls
3580 @item S
3581 Call operand, symbol, for relative calls.
3583 @item T
3584 Call operand, const_int, for absolute calls.
3586 @item U
3587 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3589 @item W
3590 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3592 @item Y
3593 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3595 @item Z
3596 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3598 @end table
3600 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3601 @table @code
3602 @item a
3603 Address register (general purpose register except r0)
3605 @item c
3606 Condition code register
3608 @item d
3609 Data register (arbitrary general purpose register)
3611 @item f
3612 Floating-point register
3614 @item I
3615 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3617 @item J
3618 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3620 @item K
3621 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3623 @item L
3624 Value appropriate as displacement.
3625 @table @code
3626 @item (0..4095)
3627 for short displacement
3628 @item (@minus{}524288..524287)
3629 for long displacement
3630 @end table
3632 @item M
3633 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3635 @item N
3636 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3637 @table @code
3638 @item 0..9:
3639 number of the part counting from most to least significant
3640 @item H,Q:
3641 mode of the part
3642 @item D,S,H:
3643 mode of the containing operand
3644 @item 0,F:
3645 value of the other parts (F---all bits set)
3646 @end table
3647 The constraint matches if the specified part of a constant
3648 has a value different from its other parts.
3650 @item Q
3651 Memory reference without index register and with short displacement.
3653 @item R
3654 Memory reference with index register and short displacement.
3656 @item S
3657 Memory reference without index register but with long displacement.
3659 @item T
3660 Memory reference with index register and long displacement.
3662 @item U
3663 Pointer with short displacement.
3665 @item W
3666 Pointer with long displacement.
3668 @item Y
3669 Shift count operand.
3671 @end table
3673 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3674 @table @code
3675 @item d
3676 Registers from r0 to r32.
3678 @item e
3679 Registers from r0 to r16.
3681 @item t
3682 r8---r11 or r22---r27 registers.
3684 @item h
3685 hi register.
3687 @item l
3688 lo register.
3690 @item x
3691 hi + lo register.
3693 @item q
3694 cnt register.
3696 @item y
3697 lcb register.
3699 @item z
3700 scb register.
3702 @item a
3703 cnt + lcb + scb register.
3705 @item c
3706 cr0---cr15 register.
3708 @item b
3709 cp1 registers.
3711 @item f
3712 cp2 registers.
3714 @item i
3715 cp3 registers.
3717 @item j
3718 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3720 @item I
3721 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3723 @item J
3724 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3726 @item K
3727 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3729 @item L
3730 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3732 @item M
3733 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3735 @item N
3736 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3738 @item Z
3739 Any SYMBOL_REF.
3740 @end table
3742 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3743 @table @code
3744 @item a
3745 Register r0.
3747 @item b
3748 Register r1.
3750 @item c
3751 Register r2.
3753 @item d
3754 Register r8.
3756 @item e
3757 Registers r0 through r7.
3759 @item t
3760 Registers r0 and r1.
3762 @item y
3763 The carry register.
3765 @item z
3766 Registers r8 and r9.
3768 @item I
3769 A constant between 0 and 3 inclusive.
3771 @item J
3772 A constant that has exactly one bit set.
3774 @item K
3775 A constant that has exactly one bit clear.
3777 @item L
3778 A constant between 0 and 255 inclusive.
3780 @item M
3781 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3783 @item N
3784 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3786 @item O
3787 A constant between 1 and 4 inclusive.
3789 @item P
3790 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3792 @item Q
3793 A memory reference that is a stack push.
3795 @item R
3796 A memory reference that is a stack pop.
3798 @item S
3799 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3801 @item T
3802 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3804 @item U
3805 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3807 @item Z
3808 The constant 0.
3810 @end table
3812 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3813 @table @code
3814 @item a
3815 Register file A (A0--A31).
3817 @item b
3818 Register file B (B0--B31).
3820 @item A
3821 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3822 higher, A1 and A2 otherwise).
3824 @item B
3825 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3827 @item C
3828 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3830 @item Da
3831 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3832 plus A0 if not C64X or higher).
3834 @item Db
3835 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3837 @item Iu4
3838 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3840 @item Iu5
3841 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3843 @item In5
3844 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3846 @item Is5
3847 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3849 @item I5x
3850 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3852 @item IuB
3853 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3855 @item IsB
3856 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3858 @item IsC
3859 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3861 @item Jc
3862 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3864 @item Js
3865 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3867 @item Q
3868 Memory location with A base register.
3870 @item R
3871 Memory location with B base register.
3873 @ifset INTERNALS
3874 @item S0
3875 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3877 @item S1
3878 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3880 @item Si
3881 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3883 @item T
3884 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3886 @item W
3887 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3889 @end ifset
3890 @item Z
3891 Register B14 (aka DP).
3893 @end table
3895 @item TILE-Gx---@file{config/tilegx/constraints.md}
3896 @table @code
3897 @item R00
3898 @itemx R01
3899 @itemx R02
3900 @itemx R03
3901 @itemx R04
3902 @itemx R05
3903 @itemx R06
3904 @itemx R07
3905 @itemx R08
3906 @itemx R09
3907 @itemx R10
3908 Each of these represents a register constraint for an individual
3909 register, from r0 to r10.
3911 @item I
3912 Signed 8-bit integer constant.
3914 @item J
3915 Signed 16-bit integer constant.
3917 @item K
3918 Unsigned 16-bit integer constant.
3920 @item L
3921 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
3922 (@minus{}129 @dots{} 126).
3924 @item m
3925 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
3926 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
3927 and @samp{%in} on TILE-Gx.  For example:
3929 @smallexample
3930 asm ("st_add %I0,%1,%i0" : "=m<>" (*mem) : "r" (val));
3931 @end smallexample
3933 @item M
3934 A bit mask suitable for the BFINS instruction.
3936 @item N
3937 Integer constant that is a byte tiled out eight times.
3939 @item O
3940 The integer zero constant.
3942 @item P
3943 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as four shorts.
3945 @item Q
3946 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
3947 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
3949 @item S
3950 Integer constant that has all 1 bits consecutive and starting at bit 0.
3952 @item T
3953 A 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative reference.
3955 @item U
3956 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
3957 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
3959 @item W
3960 An 8-element vector constant with identical elements.
3962 @item Y
3963 A 4-element vector constant with identical elements.
3965 @item Z0
3966 The integer constant 0xffffffff.
3968 @item Z1
3969 The integer constant 0xffffffff00000000.
3971 @end table
3973 @item TILEPro---@file{config/tilepro/constraints.md}
3974 @table @code
3975 @item R00
3976 @itemx R01
3977 @itemx R02
3978 @itemx R03
3979 @itemx R04
3980 @itemx R05
3981 @itemx R06
3982 @itemx R07
3983 @itemx R08
3984 @itemx R09
3985 @itemx R10
3986 Each of these represents a register constraint for an individual
3987 register, from r0 to r10.
3989 @item I
3990 Signed 8-bit integer constant.
3992 @item J
3993 Signed 16-bit integer constant.
3995 @item K
3996 Nonzero integer constant with low 16 bits zero.
3998 @item L
3999 Integer constant that fits in one signed byte when incremented by one
4000 (@minus{}129 @dots{} 126).
4002 @item m
4003 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>}, the
4004 operand can have postincrement which requires printing with @samp{%In}
4005 and @samp{%in} on TILEPro.  For example:
4007 @smallexample
4008 asm ("swadd %I0,%1,%i0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
4009 @end smallexample
4011 @item M
4012 A bit mask suitable for the MM instruction.
4014 @item N
4015 Integer constant that is a byte tiled out four times.
4017 @item O
4018 The integer zero constant.
4020 @item P
4021 Integer constant that is a sign-extended byte tiled out as two shorts.
4023 @item Q
4024 Integer constant that fits in one signed byte when incremented
4025 (@minus{}129 @dots{} 126), but excluding -1.
4027 @item T
4028 A symbolic operand, or a 16-bit fragment of a got, tls, or pc-relative
4029 reference.
4031 @item U
4032 Memory operand except postincrement.  This is roughly the same as
4033 @samp{m} when not used together with @samp{<} or @samp{>}.
4035 @item W
4036 A 4-element vector constant with identical elements.
4038 @item Y
4039 A 2-element vector constant with identical elements.
4041 @end table
4043 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
4044 @table @code
4045 @item a
4046 General-purpose 32-bit register
4048 @item b
4049 One-bit boolean register
4051 @item A
4052 MAC16 40-bit accumulator register
4054 @item I
4055 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
4057 @item J
4058 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
4060 @item K
4061 Integer constant valid for BccI instructions
4063 @item L
4064 Unsigned constant valid for BccUI instructions
4066 @end table
4068 @end table
4070 @ifset INTERNALS
4071 @node Disable Insn Alternatives
4072 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
4073 @cindex enabled
4075 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable insn
4076 alternatives that are not available for the current subtarget.
4077 This is useful when adding new instructions to an existing pattern
4078 which are only available for certain cpu architecture levels as
4079 specified with the @code{-march=} option.
4081 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
4082 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
4083 unsatisfiable.
4085 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
4086 in the machine description files:
4088 @enumerate
4089 @item
4090 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
4091 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
4092 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
4093 The attribute must be a static property of the subtarget; that is, it
4094 must not depend on the current operands or any other dynamic context
4095 (for example, the location of the insn within the body of a loop).
4097 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
4098 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
4099 @code{(const_int 0)} otherwise.
4100 @item
4101 A definition of another insn attribute used to describe for what
4102 reason an insn alternative might be available or
4103 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
4104 @item
4105 An assignment for the second attribute to each insn definition
4106 combining instructions which are not all available under the same
4107 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
4108 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
4109 disabled or enabled using the insn condition.)
4110 @end enumerate
4112 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
4113 attribute:
4115 @smallexample
4117 (define_insn "*movdi_old"
4118   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
4119         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
4120   "!TARGET_NEW"
4121   "lgr %0,%1")
4123 (define_insn "*movdi_new"
4124   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4125         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4126   "TARGET_NEW"
4127   "@@
4128    lgr  %0,%1
4129    ldgr %0,%1
4130    lgdr %0,%1")
4132 @end smallexample
4136 @smallexample
4138 (define_insn "*movdi_combined"
4139   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
4140         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
4141   ""
4142   "@@
4143    lgr  %0,%1
4144    ldgr %0,%1
4145    lgdr %0,%1"
4146   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
4148 @end smallexample
4150 with the @code{enabled} attribute defined like this:
4152 @smallexample
4154 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
4156 (define_attr "enabled" ""
4157   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
4158          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
4159               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
4160          (const_int 1)]
4161         (const_int 0)))
4163 @end smallexample
4165 @end ifset
4167 @ifset INTERNALS
4168 @node Define Constraints
4169 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
4170 @cindex defining constraints
4171 @cindex constraints, defining
4173 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
4174 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
4175 which allow subsets of all possible memory or address operands should
4176 be specially marked, to give @code{reload} more information.
4178 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
4179 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
4180 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
4181 must begin with a letter or underscore.
4183 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
4184 constraint can have a name that begins with any other constraint's
4185 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
4186 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
4187 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
4188 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
4190 Register constraints correspond directly to register classes.
4191 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
4192 definitions.
4194 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
4195 All three arguments are string constants.
4196 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
4197 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
4198 constraint its length shall be the same for all constraints starting
4199 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
4200 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
4201 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
4202 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
4203 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
4204 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
4205 is not available on a given subarchitecture.
4207 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
4208 constraint.  Docstrings are explained further below.
4209 @end deffn
4211 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
4212 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
4213 constraint matches.
4215 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
4216 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
4217 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
4218 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
4219 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
4220 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
4221 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
4222 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
4223 might match, just like predicate expressions.
4225 @code{match_test} C expressions have access to the
4226 following variables:
4228 @table @var
4229 @item op
4230 The RTL object defining the operand.
4231 @item mode
4232 The machine mode of @var{op}.
4233 @item ival
4234 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
4235 @item hval
4236 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4237 @code{const_double}.
4238 @item lval
4239 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
4240 @code{const_double}.
4241 @item rval
4242 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
4243 @code{const_double}.
4244 @end table
4246 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
4247 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
4248 object.
4249 @end deffn
4251 Most non-register constraints should be defined with
4252 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
4253 are only appropriate for constraints that should be handled specially
4254 by @code{reload} if they fail to match.
4256 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
4257 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
4258 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
4259 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
4260 base register (from the register class specified by
4261 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
4263 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
4264 memory references, but only those that do not make use of an index
4265 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
4266 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
4267 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
4268 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
4269 memory address into a base register if required.  This is analogous to
4270 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
4272 The syntax and semantics are otherwise identical to
4273 @code{define_constraint}.
4274 @end deffn
4276 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
4277 Use this expression for constraints that match a subset of all address
4278 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
4279 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
4280 with @var{X} a base register.
4282 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
4283 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
4284 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
4285 the generic @samp{p} constraint.
4287 The syntax and semantics are otherwise identical to
4288 @code{define_constraint}.
4289 @end deffn
4291 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
4292 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
4293 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
4294 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
4295 the future.  For the time being, constraints with these names must be
4296 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
4297 it correctly:
4299 @smallexample
4300 @group
4301 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
4302   "@var{doc}@dots{}"
4303   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
4304        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
4305 @end group
4306 @end smallexample
4307 @c the semicolons line up in the formatted manual
4309 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
4310 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
4312 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
4313 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
4314 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
4315 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
4316 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
4317 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
4318 causes a reload failure.
4320 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
4321 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
4322 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
4323 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
4325 @node C Constraint Interface
4326 @subsection Testing constraints from C
4327 @cindex testing constraints
4328 @cindex constraints, testing
4330 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
4331 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
4332 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
4333 with constraints.  At present these are defined for all constraints
4334 except @code{g} (which is equivalent to @code{general_operand}).
4336 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
4337 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
4338 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
4339 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
4340 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
4342 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
4343 @example
4344 @multitable {Original} {Mangled}
4345 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
4346 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
4347 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
4348 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
4349 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
4350 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
4351 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
4352 @end multitable
4353 @end example
4355 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
4356 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
4357 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
4358 a larger identifier).
4360 @deftp Enum constraint_num
4361 For each constraint except @code{g}, there is a corresponding
4362 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
4363 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
4364 argument expect one of these constants.
4365 @end deftp
4367 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
4368 For each non-register constraint @var{m} except @code{g}, there is
4369 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
4370 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
4371 before @file{tm_p.h}.
4372 @end deftypefun
4374 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
4375 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
4376 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
4377 specifies a register constraint, this function will always return
4378 @code{false}.
4379 @end deftypefun
4381 @deftypefun {enum reg_class} reg_class_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
4382 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
4383 a register constraint, or those registers are not available for the
4384 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
4385 @end deftypefun
4387 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
4388 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
4389 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
4390 they must be tested in the C condition.  In the example, the
4391 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
4392 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
4393 definition from the i386 machine description.)
4395 @smallexample
4396 (define_peephole2
4397   [(match_scratch:SI 3 "r")
4398    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4399         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
4400                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
4402   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
4404   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
4405    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
4407   "")
4408 @end smallexample
4410 @node Standard Names
4411 @section Standard Pattern Names For Generation
4412 @cindex standard pattern names
4413 @cindex pattern names
4414 @cindex names, pattern
4416 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
4417 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
4418 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
4419 pattern to accomplish a certain task.
4421 @table @asis
4422 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
4423 @item @samp{mov@var{m}}
4424 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
4425 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
4426 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
4428 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
4429 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
4430 to store the specified value in the part of the register that corresponds
4431 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
4432 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
4433 outside the target word are left unchanged.
4435 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
4436 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
4437 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
4438 If there are patterns accepting operands in larger modes,
4439 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
4441 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
4442 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
4443 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
4444 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
4445 into a register.
4447 @findex force_reg
4448 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
4449 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
4450 registers other than the operands.  For example, if you support the
4451 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
4452 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
4453 function which might generate new pseudo registers.
4455 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
4456 fetching those modes from memory normally requires several insns and
4457 some temporary registers.
4459 @findex change_address
4460 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
4461 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
4462 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
4463 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
4464 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
4465 an address into a valid address and no routine (such as
4466 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
4467 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
4469 @findex reload_in_progress
4470 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
4471 declared if required) can be used to determine whether such special
4472 handling is required.
4474 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
4475 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
4476 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
4477 machines explicit memory references will get optional reloads.
4479 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
4480 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
4482 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
4483 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
4485 @findex can_create_pseudo_p
4486 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4487 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4488 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4490 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4491 register to any other hard register provided that
4492 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4493 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4494 of 2.
4496 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4497 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4498 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4499 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4500 point members.
4502 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4503 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4504 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4505 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4506 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4507 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4508 reload into a floating point register.
4510 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4511 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4512 @item @samp{reload_in@var{m}}
4513 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4514 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4515 @code{secondary_reload}.
4517 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4518 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4519 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4520 macro in @pxref{Register Classes}.
4522 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4523 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4524 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4525 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4526 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4527 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4528 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4529 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4530 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4531 for these patterns.
4533 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4534 @item @samp{movstrict@var{m}}
4535 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4536 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4537 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4538 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4540 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4541 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4542 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4543 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4544 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4545 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4546 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4548 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4549 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4551 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4552 @item @samp{load_multiple}
4553 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4554 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4555 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4556 number of consecutive registers.
4558 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4559 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4560 registers from memory is to do them one at a time.
4562 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4563 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4564 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4565 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4566 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4568 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4569 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4570 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4571 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4572 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4574 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4575 @item @samp{store_multiple}
4576 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4577 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4578 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4579 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4581 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4582 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4583 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4584 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4585 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4586 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4587 of elements.  The operation is equivalent to:
4589 @smallexample
4590 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4591 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4592   for (i = 0; i < c; i++)
4593     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4594 @end smallexample
4596 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4597 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4598 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4600 This pattern can only be used if:
4601 @smallexample
4602 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4603 @end smallexample
4604 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4605 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4606 loads for vectors of mode @var{n}.
4608 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4609 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4610 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4611 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4612 equivalent to:
4614 @smallexample
4615 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4616 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4617   for (i = 0; i < c; i++)
4618     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4619 @end smallexample
4621 for a memory operand 0 and register operand 1.
4623 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4624 @item @samp{vec_set@var{m}}
4625 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4626 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4628 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
4629 @item @samp{vec_extract@var{m}}
4630 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4631 specify field index and operand 0 place to store value into.
4633 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4634 @item @samp{vec_init@var{m}}
4635 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4636 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4638 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4639 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4640 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4641 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4642 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a
4643 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4644 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4645 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4646 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4647 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4649 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4650 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4651 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4652 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4653 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4654 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4656 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4657 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4658 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4659 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4660 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4662 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4663 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4664 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4665 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4666 mode @var{q}.
4668 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4669 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4670 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4671 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4673 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4674 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4675 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4676 specific constant permutation is available efficiently; the named
4677 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4679 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4680 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4681 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4683 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4684 @item @samp{push@var{m}1}
4685 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4686 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4687 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4688 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4689 method is deprecated.
4691 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4692 @item @samp{add@var{m}3}
4693 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4694 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4695 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4697 @cindex @code{addptr@var{m}3} instruction pattern
4698 @item @samp{addptr@var{m}3}
4699 Like @code{add@var{m}3} but is guaranteed to only be used for address
4700 calculations.  The expanded code is not allowed to clobber the
4701 condition code.  It only needs to be defined if @code{add@var{m}3}
4702 sets the condition code.  If adds used for address calculations and
4703 normal adds are not compatible it is required to expand a distinct
4704 pattern (e.g. using an unspec).  The pattern is used by LRA to emit
4705 address calculations.  @code{add@var{m}3} is used if
4706 @code{addptr@var{m}3} is not defined.
4708 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4709 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4710 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4711 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4712 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4713 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4714 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4715 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4716 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4717 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4718 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4719 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4720 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4721 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4722 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4723 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4724 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4725 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4726 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4727 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4728 @itemx @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4729 @itemx @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4730 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4731 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4732 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4733 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4734 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4735 Similar, for other arithmetic operations.
4737 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4738 @item @samp{fma@var{m}4}
4739 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4740 result in operand 0 without doing an intermediate rounding step.  All
4741 operands must have mode @var{m}.  This pattern is used to implement
4742 the @code{fma}, @code{fmaf}, and @code{fmal} builtin functions from
4743 the ISO C99 standard.
4745 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4746 @item @samp{fms@var{m}4}
4747 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4748 product instead of added to the product.  This is represented
4749 in the rtl as
4751 @smallexample
4752 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4753 @end smallexample
4755 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4756 @item @samp{fnma@var{m}4}
4757 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4758 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4759 in the rtl as
4761 @smallexample
4762 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4763 @end smallexample
4765 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4766 @item @samp{fnms@var{m}4}
4767 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4768 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4769 in the rtl as
4771 @smallexample
4772 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4773 @end smallexample
4775 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4776 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4777 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4778 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4779 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4780 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4782 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4783 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4784 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4785 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4786 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4787 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4788 modes.
4790 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4791 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4792 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4793 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4794 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4795 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4796 modes.
4798 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4799 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4800 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4801 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4802 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4804 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4805 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4806 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4807 and the scalar 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.
4810 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4811 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4812 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4813 @itemx @samp{udot_prod@var{m}}
4814 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4815 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4816 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4817 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4818 is of the same mode as operand 3.
4820 @cindex @code{ssad@var{m}} instruction pattern
4821 @item @samp{ssad@var{m}}
4822 @cindex @code{usad@var{m}} instruction pattern
4823 @item @samp{usad@var{m}}
4824 Compute the sum of absolute differences of two signed/unsigned elements.
4825 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their absolute difference, which
4826 is of a wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode
4827 equal or wider than the mode of the absolute difference. The result is placed
4828 in operand 0, which is of the same mode as operand 3.
4830 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4831 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4832 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4833 @itemx @samp{usum_widen@var{m3}}
4834 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4835 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4836 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4837 of a wider mode.)
4839 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4840 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4841 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4842 Whole vector left/right shift in bits.
4843 Operand 1 is a vector to be shifted.
4844 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4845 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4846 The output and input vectors should have the same modes.
4848 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4849 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4850 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4851 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4852 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4853 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4855 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4856 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4857 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4858 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4859 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4860 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4861 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4862 saturating arithmetic.
4864 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4865 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4866 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4867 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4868 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4869 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4870 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4872 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4873 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4874 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4875 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4876 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4877 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4878 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4879 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4881 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4882 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4883 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4884 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4885 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4886 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4887 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4889 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4890 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4891 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4892 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4893 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4894 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4895 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4896 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4897 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4898 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4899 the output vector (operand 0).
4901 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4902 @cindex @code{vec_widen_umult_lo_@var{m}} instruction pattern
4903 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4904 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4905 @cindex @code{vec_widen_umult_even_@var{m}} instruction pattern
4906 @cindex @code{vec_widen_umult_odd_@var{m}} instruction pattern
4907 @cindex @code{vec_widen_smult_even_@var{m}} instruction pattern
4908 @cindex @code{vec_widen_smult_odd_@var{m}} instruction pattern
4909 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4910 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4911 @itemx @samp{vec_widen_umult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_odd_@var{m}}
4912 @itemx @samp{vec_widen_smult_even_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_odd_@var{m}}
4913 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4914 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4915 or even/odd elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S
4916 in the output vector (operand 0). A target shouldn't implement even/odd pattern
4917 pair if it is less efficient than lo/hi one.
4919 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4920 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4921 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4922 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4923 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
4924 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
4925 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
4926 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
4927 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
4928 output vector (operand 0).
4930 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4931 @item @samp{mulhisi3}
4932 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4933 a @code{SImode} product in operand 0.
4935 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4936 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4937 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4938 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4940 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4941 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4942 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4943 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4944 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4945 multiplication.
4947 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4948 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4949 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4950 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4951 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4952 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4953 multiplication.
4955 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4956 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4957 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4958 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4959 The least significant half of the product is discarded.
4961 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4962 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4963 Similar, but the multiplication is unsigned.
4965 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4966 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4967 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4968 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4969 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4970 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4971 the size of @var{m}.
4973 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4974 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4976 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4978 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4979 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4980 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4981 operands instead of sign-extending them.
4983 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4984 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4985 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4986 signed-saturating.
4988 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4989 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4990 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4991 unsigned-saturating.
4993 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4994 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4995 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4996 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4997 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4998 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4999 the size of @var{m}.
5001 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
5002 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
5003 from operand 3.
5005 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
5007 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5008 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
5009 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
5010 operands instead of sign-extending them.
5012 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5013 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
5014 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5015 signed-saturating.
5017 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
5018 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
5019 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
5020 unsigned-saturating.
5022 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
5023 @item @samp{divmod@var{m}4}
5024 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
5025 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
5026 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
5028 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
5029 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
5030 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
5031 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
5032 and remainder are computed.
5034 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
5035 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
5036 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
5037 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
5038 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
5040 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
5041 @item @samp{udivmod@var{m}4}
5042 Similar, but does unsigned division.
5044 @anchor{shift patterns}
5045 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
5046 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
5047 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
5048 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
5049 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
5050 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
5051 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
5052 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
5053 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
5054 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
5055 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
5057 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
5058 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
5059 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
5060 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
5061 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
5062 Other shift and rotate instructions, analogous to the
5063 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
5065 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
5066 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
5067 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
5068 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
5069 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
5070 @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}
5071 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
5072 instead of a scalar type.
5074 @cindex @code{bswap@var{m}2} instruction pattern
5075 @item @samp{bswap@var{m}2}
5076 Reverse the order of bytes of operand 1 and store the result in operand 0.
5078 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
5079 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
5080 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
5081 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
5082 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
5084 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
5085 @item @samp{abs@var{m}2}
5086 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
5088 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
5089 @item @samp{sqrt@var{m}2}
5090 Store the square root of operand 1 into operand 0.
5092 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
5093 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
5094 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5095 type @code{float}.
5097 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
5098 @item @samp{fmod@var{m}3}
5099 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5100 operand 0, rounded towards zero to an integer.
5102 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
5103 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
5104 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5105 type @code{float}.
5107 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
5108 @item @samp{remainder@var{m}3}
5109 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
5110 operand 0, rounded to the nearest integer.
5112 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
5113 which corresponds to the C data type @code{double} and the
5114 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
5115 to the C data type @code{float}.
5117 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
5118 @item @samp{cos@var{m}2}
5119 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
5121 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
5122 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
5123 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5124 type @code{float}.
5126 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
5127 @item @samp{sin@var{m}2}
5128 Store the sine of operand 1 into operand 0.
5130 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
5131 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
5132 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5133 type @code{float}.
5135 @cindex @code{sincos@var{m}3} instruction pattern
5136 @item @samp{sincos@var{m}3}
5137 Store the cosine of operand 2 into operand 0 and the sine of
5138 operand 2 into operand 1.
5140 The @code{sin} and @code{cos} built-in functions of C always use the
5141 mode which corresponds to the C data type @code{double} and the
5142 @code{sinf} and @code{cosf} built-in function use the mode which
5143 corresponds to the C data type @code{float}.
5144 Targets that can calculate the sine and cosine simultaneously can
5145 implement this pattern as opposed to implementing individual
5146 @code{sin@var{m}2} and @code{cos@var{m}2} patterns.  The @code{sin}
5147 and @code{cos} built-in functions will then be expanded to the
5148 @code{sincos@var{m}3} pattern, with one of the output values
5149 left unused.
5151 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
5152 @item @samp{exp@var{m}2}
5153 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
5155 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
5156 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
5157 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5158 type @code{float}.
5160 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
5161 @item @samp{log@var{m}2}
5162 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
5164 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
5165 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
5166 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5167 type @code{float}.
5169 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
5170 @item @samp{pow@var{m}3}
5171 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
5172 into operand 0.
5174 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
5175 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
5176 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5177 type @code{float}.
5179 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
5180 @item @samp{atan2@var{m}3}
5181 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
5182 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
5183 determine the quadrant of the result.
5185 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
5186 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
5187 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5188 type @code{float}.
5190 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
5191 @item @samp{floor@var{m}2}
5192 Store the largest integral value not greater than argument.
5194 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
5195 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
5196 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5197 type @code{float}.
5199 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
5200 @item @samp{btrunc@var{m}2}
5201 Store the argument rounded to integer towards zero.
5203 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
5204 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
5205 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5206 type @code{float}.
5208 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
5209 @item @samp{round@var{m}2}
5210 Store the argument rounded to integer away from zero.
5212 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
5213 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
5214 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5215 type @code{float}.
5217 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
5218 @item @samp{ceil@var{m}2}
5219 Store the argument rounded to integer away from zero.
5221 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
5222 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
5223 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5224 type @code{float}.
5226 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
5227 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
5228 Store the argument rounded according to the default rounding mode
5230 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
5231 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
5232 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5233 type @code{float}.
5235 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
5236 @item @samp{rint@var{m}2}
5237 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
5238 raise the inexact exception when the result differs in value from
5239 the argument
5241 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
5242 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
5243 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5244 type @code{float}.
5246 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
5247 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
5248 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5249 point mode @var{n} as a signed number according to the current
5250 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5252 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
5253 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
5254 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5255 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
5256 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5258 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
5259 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
5260 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5261 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
5262 operand 0 (which has mode @var{n}).
5264 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
5265 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
5266 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5267 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
5268 operand 0 (which has mode @var{n}).
5270 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
5271 @item @samp{copysign@var{m}3}
5272 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
5273 2 into operand 0.
5275 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
5276 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
5277 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
5278 type @code{float}.
5280 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
5281 @item @samp{ffs@var{m}2}
5282 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
5283 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
5284 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5285 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5286 generating the instruction.
5288 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
5289 corresponds to the C data type @code{int}.
5291 @cindex @code{clrsb@var{m}2} instruction pattern
5292 @item @samp{clrsb@var{m}2}
5293 Count leading redundant sign bits.
5294 Store into operand 0 the number of redundant sign bits in operand 1, starting
5295 at the most significant bit position.
5296 A redundant sign bit is defined as any sign bit after the first. As such,
5297 this count will be one less than the count of leading sign bits.
5299 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
5300 @item @samp{clz@var{m}2}
5301 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in operand 1, starting
5302 at the most significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5303 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5304 the result is undefined or has a useful value.
5305 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5306 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5307 operand to that mode before generating the instruction.
5309 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
5310 @item @samp{ctz@var{m}2}
5311 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in operand 1, starting
5312 at the least significant bit position.  If operand 1 is 0, the
5313 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
5314 the result is undefined or has a useful value.
5315 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
5316 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
5317 operand to that mode before generating the instruction.
5319 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
5320 @item @samp{popcount@var{m}2}
5321 Store into operand 0 the number of 1-bits in operand 1.  @var{m} is the
5322 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
5323 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
5324 generating the instruction.
5326 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
5327 @item @samp{parity@var{m}2}
5328 Store into operand 0 the parity of operand 1, i.e.@: the number of 1-bits
5329 in operand 1 modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
5330 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
5331 the operand to that mode before generating the instruction.
5333 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
5334 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
5335 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
5337 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
5338 @item @samp{movmem@var{m}}
5339 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
5340 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
5341 address in mode @code{Pmode}.
5343 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
5344 Usually, you specify @code{Pmode} for @var{m}.  However, if you can
5345 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
5346 those representable in a full Pmode pointer, you should provide
5347 a pattern with a
5348 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
5349 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
5350 that appear negative) and also a pattern with @code{Pmode}.
5352 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5353 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5354 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5355 it may provide the value 4 for this operand.
5357 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5358 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5359 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5360 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5361 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5363 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
5364 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
5365 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
5366 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
5367 individually moved data units in the block.
5369 These patterns need not give special consideration to the possibility
5370 that the source and destination strings might overlap.
5372 @cindex @code{movstr} instruction pattern
5373 @item @samp{movstr}
5374 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
5375 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
5376 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
5377 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
5378 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
5379 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
5381 This patern has also several optional operands that are same as in
5382 @code{setmem}.
5384 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
5385 @item @samp{setmem@var{m}}
5386 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
5387 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
5388 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
5389 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
5390 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
5391 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
5393 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
5394 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
5395 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
5396 operand.
5398 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
5399 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
5400 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
5401 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
5402 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
5403 Operand 7 is the minimal size of the block and operand 8 is the
5404 maximal size of the block (NULL if it can not be represented as CONST_INT).
5405 Operand 9 is the probable maximal size (i.e. we can not rely on it for correctness,
5406 but it can be used for choosing proper code sequence for a given size).
5408 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
5410 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
5411 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
5412 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
5413 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
5414 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5415 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5416 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
5417 at a time since either string may end in the first byte and reading past
5418 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
5419 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
5420 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
5421 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
5423 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
5424 @item @samp{cmpstr@var{m}}
5425 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
5426 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
5427 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
5428 @code{Pmode}.
5430 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
5431 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
5432 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
5433 it may provide the value 4 for this operand.
5435 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
5436 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
5437 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
5438 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
5439 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
5440 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
5441 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
5442 result of the comparison.
5444 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
5445 @item @samp{cmpmem@var{m}}
5446 Block compare instruction, with five operands like the operands
5447 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
5448 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
5449 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
5450 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
5451 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
5452 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
5453 the result of the comparison.
5455 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
5456 @item @samp{strlen@var{m}}
5457 Compute the length of a string, with three operands.
5458 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
5459 a @code{mem} referring to the first character of the string,
5460 operand 2 is the character to search for (normally zero),
5461 and operand 3 is a constant describing the known alignment
5462 of the beginning of the string.
5464 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5465 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
5466 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
5467 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5468 @var{n}).
5470 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5471 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
5472 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
5473 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
5474 @var{n}).
5476 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5477 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
5478 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5479 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
5480 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
5481 the value of operand 1 is an integer.
5483 If the machine description defines this pattern, it also needs to
5484 define the @code{ftrunc} pattern.
5486 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5487 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
5488 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
5489 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
5490 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
5491 value of operand 1 is an integer.
5493 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
5494 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
5495 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
5496 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
5497 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
5499 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5500 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
5501 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
5502 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5504 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5505 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
5506 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
5507 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
5509 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5510 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
5511 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5512 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5513 point or both floating point.
5515 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5516 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
5517 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5518 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5519 point or both floating point.
5521 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5522 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
5523 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5524 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5525 point.
5527 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5528 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
5529 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5530 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5531 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5532 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5533 or fixed-point to floating-point.
5534 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5536 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5537 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
5538 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5539 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5540 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5541 or floating-point to fixed-point.
5542 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5543 results to the maximum or the minimum.
5545 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5546 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
5547 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5548 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5549 could be unsigned integer to fixed-point, or
5550 fixed-point to unsigned integer.
5551 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5553 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5554 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
5555 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
5556 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5557 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5558 results to the maximum or the minimum.
5560 @cindex @code{extv@var{m}} instruction pattern
5561 @item @samp{extv@var{m}}
5562 Extract a bit-field from register operand 1, sign-extend it, and store
5563 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width of the field in bits
5564 and operand 3 the starting bit, which counts from the most significant
5565 bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN} is true and from the least significant bit
5566 otherwise.
5568 Operands 0 and 1 both have mode @var{m}.  Operands 2 and 3 have a
5569 target-specific mode.
5571 @cindex @code{extvmisalign@var{m}} instruction pattern
5572 @item @samp{extvmisalign@var{m}}
5573 Extract a bit-field from memory operand 1, sign extend it, and store
5574 it in operand 0.  Operand 2 specifies the width in bits and operand 3
5575 the starting bit.  The starting bit is always somewhere in the first byte of
5576 operand 1; it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5577 is true and from the least significant bit otherwise.
5579 Operand 0 has mode @var{m} while operand 1 has @code{BLK} mode.
5580 Operands 2 and 3 have a target-specific mode.
5582 The instruction must not read beyond the last byte of the bit-field.
5584 @cindex @code{extzv@var{m}} instruction pattern
5585 @item @samp{extzv@var{m}}
5586 Like @samp{extv@var{m}} except that the bit-field value is zero-extended.
5588 @cindex @code{extzvmisalign@var{m}} instruction pattern
5589 @item @samp{extzvmisalign@var{m}}
5590 Like @samp{extvmisalign@var{m}} except that the bit-field value is
5591 zero-extended.
5593 @cindex @code{insv@var{m}} instruction pattern
5594 @item @samp{insv@var{m}}
5595 Insert operand 3 into a bit-field of register operand 0.  Operand 1
5596 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit,
5597 which counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5598 is true and from the least significant bit otherwise.
5600 Operands 0 and 3 both have mode @var{m}.  Operands 1 and 2 have a
5601 target-specific mode.
5603 @cindex @code{insvmisalign@var{m}} instruction pattern
5604 @item @samp{insvmisalign@var{m}}
5605 Insert operand 3 into a bit-field of memory operand 0.  Operand 1
5606 specifies the width of the field in bits and operand 2 the starting bit.
5607 The starting bit is always somewhere in the first byte of operand 0;
5608 it counts from the most significant bit if @samp{BITS_BIG_ENDIAN}
5609 is true and from the least significant bit otherwise.
5611 Operand 3 has mode @var{m} while operand 0 has @code{BLK} mode.
5612 Operands 1 and 2 have a target-specific mode.
5614 The instruction must not read or write beyond the last byte of the bit-field.
5616 @cindex @code{extv} instruction pattern
5617 @item @samp{extv}
5618 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
5619 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
5620 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
5621 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
5622 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
5623 be valid for @code{word_mode}.
5625 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5626 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
5628 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
5629 before it is stored in operand 0.
5631 This pattern is deprecated; please use @samp{extv@var{m}} and
5632 @code{extvmisalign@var{m}} instead.
5634 @cindex @code{extzv} instruction pattern
5635 @item @samp{extzv}
5636 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
5638 This pattern is deprecated; please use @samp{extzv@var{m}} and
5639 @code{extzvmisalign@var{m}} instead.
5641 @cindex @code{insv} instruction pattern
5642 @item @samp{insv}
5643 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
5644 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
5645 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
5646 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
5647 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
5649 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5650 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
5652 This pattern is deprecated; please use @samp{insv@var{m}} and
5653 @code{insvmisalign@var{m}} instead.
5655 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
5656 @item @samp{mov@var{mode}cc}
5657 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
5658 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
5659 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
5661 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
5662 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
5663 conditionally move an integer value based on the floating point condition
5664 codes and vice versa.
5666 If the machine does not have conditional move instructions, do not
5667 define these patterns.
5669 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
5670 @item @samp{add@var{mode}cc}
5671 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
5672 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
5673 comparison in operand 1.  If the comparison is false, operand 2 is moved into
5674 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
5676 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
5677 @item @samp{cstore@var{mode}4}
5678 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
5679 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
5680 are the first and second operand of the comparison, respectively.
5681 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
5682 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
5683 mode you have used and supplies an operand of that mode.
5685 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
5686 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
5687 you should omit it from the machine description.  You describe to the
5688 compiler exactly which value is stored by defining the macro
5689 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
5690 found that can be used for all the possible comparison operators, you
5691 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
5692 onto the one you chose.
5694 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
5695 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
5696 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
5697 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
5698 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
5699 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
5701 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
5702 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
5703 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
5704 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
5705 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
5706 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
5707 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
5708 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
5709 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
5710 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
5711 from the machine description.
5713 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
5714 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
5715 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
5716 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
5717 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
5718 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
5720 @cindex @code{jump} instruction pattern
5721 @item @samp{jump}
5722 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
5723 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
5724 on all machines.
5726 @cindex @code{call} instruction pattern
5727 @item @samp{call}
5728 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
5729 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
5730 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
5731 operands.
5733 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
5734 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
5735 to put this information into the assembler code; they can put it in
5736 the RTL instead of operand 1.
5738 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
5739 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
5740 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
5741 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
5742 instruction, the pattern for this operation should be a
5743 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
5744 address into a register and uses that register in the call instruction.
5746 @cindex @code{call_value} instruction pattern
5747 @item @samp{call_value}
5748 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
5749 register in which the value is returned.  There are three more
5750 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
5751 instruction (but with numbers increased by one).
5753 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
5754 insn.
5756 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
5757 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
5758 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
5759 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
5760 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
5761 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
5762 adjustment made to the frame pointer.
5764 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
5765 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
5766 can be eliminated, if desired.
5768 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
5769 @item @samp{untyped_call}
5770 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
5771 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
5772 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
5773 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5774 the saving of a function return value into the result block.
5776 This instruction pattern should be defined to support
5777 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
5778 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
5779 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
5780 multiple registers that can hold a return value
5781 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
5783 @cindex @code{return} instruction pattern
5784 @item @samp{return}
5785 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5786 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5787 from a function.
5789 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
5790 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
5791 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
5792 some class of functions only requires one instruction to implement a
5793 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
5794 to save any registers or allocate stack space.
5796 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
5797 @code{simple_return} if no epilogue is required.
5799 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
5800 @item @samp{simple_return}
5801 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5802 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5803 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
5804 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
5805 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
5806 prologue has not been executed, and a function return should occur without
5807 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
5808 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
5810 @findex reload_completed
5811 @findex leaf_function_p
5812 For such machines, the condition specified in this pattern should only
5813 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
5814 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
5815 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
5816 a register window push is required.
5818 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5819 such as
5821 @smallexample
5822 (define_insn ""
5823   [(set (pc)
5824         (if_then_else (match_operator
5825                          0 "comparison_operator"
5826                          [(cc0) (const_int 0)])
5827                       (return)
5828                       (pc)))]
5829   "@var{condition}"
5830   "@dots{}")
5831 @end smallexample
5833 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5834 named @samp{return} pattern.
5836 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5837 @item @samp{untyped_return}
5838 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5839 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5840 instructions are needed to return a value of any type.
5842 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5843 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5844 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5845 the restoring of a function return value from the result block.
5847 @cindex @code{nop} instruction pattern
5848 @item @samp{nop}
5849 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5850 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5851 RTL pattern.
5853 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5854 @item @samp{indirect_jump}
5855 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5856 This pattern name is mandatory on all machines.
5858 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5859 @item @samp{casesi}
5860 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5861 This instruction takes five operands:
5863 @enumerate
5864 @item
5865 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5867 @item
5868 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5870 @item
5871 The total range of indices in the table---the largest index
5872 minus the smallest one (both inclusive).
5874 @item
5875 A label that precedes the table itself.
5877 @item
5878 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5879 @end enumerate
5881 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5882 @code{jump_table_data}.  The number of elements in the table is one plus the
5883 difference between the upper bound and the lower bound.
5885 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5886 @item @samp{tablejump}
5887 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5888 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5889 is no @samp{casesi} pattern.
5891 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5892 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5893 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5894 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5895 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5896 mode @code{Pmode}.
5898 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5899 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5900 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5901 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5904 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5905 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5906 Conditional branch instruction that decrements a register and
5907 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5908 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5909 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5911 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5912 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5913 reduction is enabled.
5915 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5916 @item @samp{doloop_end}
5917 Conditional branch instruction that decrements a register and
5918 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5919 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5920 register is nonzero.
5921 @xref{Looping Patterns}.
5923 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5924 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5925 modify suitable loops to utilize it.  The target hook
5926 @code{TARGET_CAN_USE_DOLOOP_P} controls the conditions under which
5927 low-overhead loops can be used.
5929 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5930 @item @samp{doloop_begin}
5931 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5932 need to perform some initialization, such as loading a special counter
5933 register.  Operand 1 is the associated @code{doloop_end} pattern and
5934 operand 0 is the register that it decrements.
5936 If initialization insns do not always need to be emitted, use a
5937 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5939 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5940 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5941 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5942 into operand 0.
5944 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5945 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5946 and also has mode @code{Pmode}.
5948 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5949 the address of the function which would be called if the function
5950 pointer were used in an indirect call.
5952 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5953 can have different values but still call the same function when
5954 used in an indirect call.
5956 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5957 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5958 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5959 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5960 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5961 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5962 @item @samp{save_stack_block}
5963 @itemx @samp{save_stack_function}
5964 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5965 @itemx @samp{restore_stack_block}
5966 @itemx @samp{restore_stack_function}
5967 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5968 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5969 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5970 such machines.
5972 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5973 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5974 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5975 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5976 saves and restores are:
5978 @enumerate
5979 @item
5980 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5981 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5982 restores the stack pointer when the block is exited.
5984 @item
5985 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5986 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5987 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5988 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5989 restore sequence on some machines.
5991 @item
5992 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5993 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5994 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5995 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5996 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5997 and restoring additional data such as register window information or
5998 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5999 such required data.
6000 @end enumerate
6002 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
6003 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
6004 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
6005 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
6006 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
6007 for a particular type of save (either because no save is needed or
6008 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
6009 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
6010 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
6011 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
6013 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
6014 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
6015 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
6017 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
6018 @item @samp{allocate_stack}
6019 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
6020 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
6022 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
6023 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
6024 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
6025 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
6026 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
6027 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
6028 stack is free.
6030 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
6031 Some machines require other operations such as stack probes or
6032 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
6033 operations in addition to updating the stack pointer.
6035 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
6036 @item @samp{check_stack}
6037 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
6038 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
6039 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
6040 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
6041 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
6042 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
6044 @cindex @code{probe_stack_address} instruction pattern
6045 @item @samp{probe_stack_address}
6046 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6047 probing the stack but without the need to actually access it, define this
6048 pattern and signal an error if the stack has overflowed.  The single operand
6049 is the memory address in the stack that needs to be probed.
6051 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
6052 @item @samp{probe_stack}
6053 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
6054 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
6055 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
6056 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
6057 in the stack that needs to be probed.
6059 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
6060 @item @samp{nonlocal_goto}
6061 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
6062 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
6063 each representing a value to be used in the jump.  The first
6064 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
6065 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
6066 the third is the address of a location where the stack is saved,
6067 and the last is the address of the label, to be placed in the
6068 location for the incoming static chain.
6070 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
6071 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
6072 and static chain, restore the stack (using the
6073 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
6074 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
6075 not work on your machine.
6077 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
6078 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
6079 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
6080 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
6081 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
6082 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
6083 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
6084 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
6085 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
6086 There are no arguments.
6088 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
6089 @item @samp{exception_receiver}
6090 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
6091 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6092 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6093 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6094 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
6095 an exception.  There are no arguments.
6097 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
6098 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
6099 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
6100 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
6101 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
6102 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
6103 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
6104 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
6105 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
6106 the first three are normally used by the generic mechanism.
6108 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
6109 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
6110 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
6111 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
6112 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
6113 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
6114 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
6115 to which builtin_longjmp transferred control; this pattern may be emitted
6116 at a small offset from that label.
6118 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
6119 @item @samp{builtin_longjmp}
6120 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
6121 You will not normally need to define this pattern unless you also define
6122 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
6123 @code{jmp_buf}.
6125 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
6126 @item @samp{eh_return}
6127 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
6128 and thence the call frame exception handling library routines, are
6129 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
6130 the abnormal return path.
6132 The address of the exception handler to which the function should return
6133 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
6134 the pattern to some special register or memory location.
6135 If the pattern needs to determine the location of the target call
6136 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
6137 if defined; it will have already been assigned.
6139 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
6140 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
6141 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
6142 handling is to be used.
6144 @cindex @code{prologue} instruction pattern
6145 @anchor{prologue instruction pattern}
6146 @item @samp{prologue}
6147 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
6148 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
6149 pointer register, saving callee saved registers, etc.
6151 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
6152 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
6154 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
6155 instruction scheduling.
6157 @cindex @code{window_save} instruction pattern
6158 @anchor{window_save instruction pattern}
6159 @item @samp{window_save}
6160 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
6161 be defined if the target machine has register windows but the window events
6162 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
6163 architecture.
6165 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
6166 @anchor{epilogue instruction pattern}
6167 @item @samp{epilogue}
6168 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
6169 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
6170 registers and emitting the return instruction.
6172 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
6173 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
6175 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
6176 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
6178 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
6179 @item @samp{sibcall_epilogue}
6180 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
6181 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
6182 sibling call (aka tail call) sites.
6184 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
6185 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
6186 function.
6188 @cindex @code{trap} instruction pattern
6189 @item @samp{trap}
6190 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
6191 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
6192 front end to signal `invalid array index' exceptions.
6194 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
6195 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
6196 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
6197 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
6198 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
6200 A typical @code{ctrap} pattern looks like
6202 @smallexample
6203 (define_insn "ctrapsi4"
6204   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
6205              [(match_operand 1 "register_operand")
6206               (match_operand 2 "immediate_operand")])
6207             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
6208   ""
6209   "@dots{}")
6210 @end smallexample
6212 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
6213 @item @samp{prefetch}
6214 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
6215 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
6216 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
6217 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
6218 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
6219 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
6220 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
6221 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
6222 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
6224 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
6225 the values of operands 1 and 2.
6227 @cindex @code{blockage} instruction pattern
6228 @item @samp{blockage}
6229 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
6230 scheduler and other passes from moving instructions and using register
6231 equivalences across the boundary defined by the blockage insn.
6232 This needs to be an UNSPEC_VOLATILE pattern or a volatile ASM.
6234 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
6235 @item @samp{memory_barrier}
6236 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
6237 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
6238 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
6239 This pattern has no operands.
6241 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6242 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
6243 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6244 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6245 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
6246 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
6247 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
6248 of the operation; it should contain the contents of the memory
6249 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
6250 a copy of operand 2.
6252 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
6254 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6255 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6256 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6257 after the atomic operation.
6259 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
6260 operation is available via the status flags, it is possible to
6261 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
6262 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
6263 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
6264 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
6265 description includes such a set, the target should also define special
6266 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
6267 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
6268 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
6269 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
6271 For targets where the operating system may provide support for this
6272 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
6273 may be initialized to a function with the same interface as the
6274 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
6275 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
6276 target can initialize all of the optabs at once with
6277 @code{init_sync_libfuncs}.
6278 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
6279 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
6280 interruptable locking.
6282 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
6283 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
6284 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
6285 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
6286 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
6287 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
6288 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
6289 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
6290 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
6291 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
6292 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
6293 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6295 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6296 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6297 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6298 after the atomic operation.
6300 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6301 from a compare-and-swap operation, if defined.
6303 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
6304 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
6305 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
6306 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
6307 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
6308 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
6309 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
6310 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
6311 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
6312 These patterns emit code for an atomic operation on memory,
6313 and return the value that the memory contained before the operation.
6314 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
6315 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
6316 to the binary operator.
6318 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
6319 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
6320 operation and all memory operations after the atomic operation occur
6321 after the atomic operation.
6323 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
6324 from a compare-and-swap operation, if defined.
6326 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
6327 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
6328 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
6329 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
6330 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
6331 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
6332 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
6333 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
6334 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
6335 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
6336 except that they return the value that exists in the memory location
6337 after the operation, rather than before the operation.
6339 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
6340 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
6341 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
6342 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
6343 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
6344 is the value to set in the lock.
6346 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
6347 which the previous value in memory operand is copied into the result
6348 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
6350 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
6351 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
6352 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
6353 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
6354 The true contents of the memory operand are implementation defined.
6356 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6357 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
6358 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
6360 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
6361 a compare-and-swap operation, if defined.
6363 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
6364 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
6365 This pattern, if defined, releases a lock set by
6366 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
6367 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
6369 If the target doesn't implement full semantics for
6370 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
6371 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
6372 of the memory operand are implementation defined.
6374 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
6375 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
6376 released only after all previous memory operations have completed.
6378 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
6379 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
6381 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
6382 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
6383 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
6384 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
6385 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
6386 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
6387 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
6388 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
6389 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
6390 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
6391 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
6392 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
6393 if the operation fails.
6395 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
6396 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
6397 the memory model in operand 6 is issued.  
6399 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
6400 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
6402 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
6403 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
6404 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
6406 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
6407 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
6408 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
6410 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
6411 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
6412 This pattern implements an atomic load operation with memory model
6413 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
6414 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
6415 the load operation.
6417 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
6418 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
6419 operation if a normal load would not be atomic.
6421 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
6422 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
6423 This pattern implements an atomic store operation with memory model
6424 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
6425 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
6426 the operation.
6428 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
6429 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
6430 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
6431 attempted with the result being ignored.
6433 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
6434 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
6435 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
6436 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
6437 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
6438 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
6439 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
6441 If this pattern is not present, the built-in function
6442 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
6443 compare and swap loop.
6445 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
6446 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
6447 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
6448 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
6449 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
6450 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
6451 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
6452 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
6453 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
6454 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6455 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
6456 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
6457 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
6459 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6460 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return a result.  If
6461 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
6463 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
6464 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
6465 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
6466 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
6467 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
6468 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
6469 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
6470 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
6471 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
6472 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6473 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
6474 operand which contains the value of the memory location before the 
6475 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
6476 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
6477 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6479 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6480 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
6481 loop will be used.
6483 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
6484 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
6485 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
6486 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
6487 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
6488 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
6489 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
6490 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
6491 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
6492 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
6493 model semantics and return the result after the operation is performed.
6494 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
6495 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
6496 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
6497 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
6499 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
6500 @code{sync} patterns, or equivalent patterns which return the result before
6501 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
6502 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
6503 used.
6505 @cindex @code{atomic_test_and_set} instruction pattern
6506 @item @samp{atomic_test_and_set}
6507 This pattern emits code for @code{__builtin_atomic_test_and_set}.
6508 Operand 0 is an output operand which is set to true if the previous
6509 previous contents of the byte was "set", and false otherwise.  Operand 1
6510 is the @code{QImode} memory to be modified.  Operand 2 is the memory
6511 model to be used.
6513 The specific value that defines "set" is implementation defined, and
6514 is normally based on what is performed by the native atomic test and set
6515 instruction.
6517 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
6518 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
6519 This pattern emits code required to implement a thread fence with
6520 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6522 If this pattern is not specified, all memory models except
6523 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6524 barrier pattern.
6526 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
6527 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
6528 This pattern emits code required to implement a signal fence with
6529 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
6531 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
6532 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
6533 instructions.
6535 If this pattern is not specified, all memory models except
6536 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
6537 barrier pattern.
6539 @cindex @code{get_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6540 @cindex @code{set_thread_pointer@var{mode}} instruction pattern
6541 @item @samp{get_thread_pointer@var{mode}}
6542 @itemx @samp{set_thread_pointer@var{mode}}
6543 These patterns emit code that reads/sets the TLS thread pointer. Currently,
6544 these are only needed if the target needs to support the
6545 @code{__builtin_thread_pointer} and @code{__builtin_set_thread_pointer}
6546 builtins.
6548 The get/set patterns have a single output/input operand respectively,
6549 with @var{mode} intended to be @code{Pmode}.
6551 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
6552 @item @samp{stack_protect_set}
6553 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
6554 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
6555 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
6556 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
6557 having clobbered it.
6559 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
6561 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
6562 @item @samp{stack_protect_test}
6563 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
6564 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
6565 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
6566 were equal.
6568 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
6569 conditional branch pattern is used.
6571 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
6572 @item @samp{clear_cache}
6573 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
6574 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
6575 inclusive and operand 1 exclusive.
6577 If this pattern is not defined, a call to the library function
6578 @code{__clear_cache} is used.
6580 @end table
6582 @end ifset
6583 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
6584 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
6585 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
6586 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
6587 @ifset INTERNALS
6588 @node Pattern Ordering
6589 @section When the Order of Patterns Matters
6590 @cindex Pattern Ordering
6591 @cindex Ordering of Patterns
6593 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
6594 pattern that appears first in the machine description is the one used.
6595 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
6596 and faster instructions (those that will produce better code when they
6597 do match) should usually go first in the description.
6599 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
6600 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
6601 instruction for converting a fullword to floating point and another
6602 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
6603 an integer to floating point could match either one.  We put the
6604 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
6605 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
6606 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
6607 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
6608 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
6609 constant value.
6611 @end ifset
6612 @ifset INTERNALS
6613 @node Dependent Patterns
6614 @section Interdependence of Patterns
6615 @cindex Dependent Patterns
6616 @cindex Interdependence of Patterns
6618 In some cases machines support instructions identical except for the
6619 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
6620 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
6621 patterns are
6623 @smallexample
6624 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6625      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
6627 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6628      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
6629 @end smallexample
6631 @noindent
6632 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
6633 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
6634 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
6635 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
6636 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
6637 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
6639 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
6640 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
6641 compilations.
6643 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
6644 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
6645 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
6646 you should not provide separate patterns for increment and decrement
6647 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
6648 that supports register-register add insns by examining the operands and
6649 generating the appropriate machine instruction.
6651 @end ifset
6652 @ifset INTERNALS
6653 @node Jump Patterns
6654 @section Defining Jump Instruction Patterns
6655 @cindex jump instruction patterns
6656 @cindex defining jump instruction patterns
6658 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
6659 The machine description should define a single pattern, usually
6660 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
6662 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
6663 and a separate branch insn testing the condition code and branching
6664 or not according to its value.  For many machines, however,
6665 separating compares and branches is limiting, which is why the
6666 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
6667 The machine description becomes clearer for architectures that
6668 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
6669 works better when different sets of comparison operators are supported
6670 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
6671 or by conditional branches with respect to conditional stores.
6673 Two separate insns are always used if the machine description represents
6674 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
6675 and on most machines that use a separate condition code register
6676 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
6677 fact, the set and use of the condition code must be separate and
6678 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
6679 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
6680 so that the comparison and branch insns could be located from each other
6681 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
6683 Even in this case having a single entry point for conditional branches
6684 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
6685 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
6686 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
6687 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
6688 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
6689 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
6691 @end ifset
6692 @ifset INTERNALS
6693 @node Looping Patterns
6694 @section Defining Looping Instruction Patterns
6695 @cindex looping instruction patterns
6696 @cindex defining looping instruction patterns
6698 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
6699 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
6700 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
6701 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
6702 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
6703 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
6704 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
6705 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
6706 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
6707 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
6708 the jump.
6710 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
6711 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
6712 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
6713 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
6714 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
6715 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
6716 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
6717 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
6718 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
6719 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
6720 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
6721 following for its @code{dbra} instruction:
6723 @smallexample
6724 @group
6725 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6726   [(set (pc)
6727         (if_then_else
6728           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6729                        (const_int -1))
6730               (const_int 0))
6731           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6732           (pc)))
6733    (set (match_dup 0)
6734         (plus:SI (match_dup 0)
6735                  (const_int -1)))]
6736   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6737   "@dots{}")
6738 @end group
6739 @end smallexample
6741 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
6742 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
6743 since this insn is generated by the instruction combination phase
6744 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
6745 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
6746 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
6747 pattern will not be matched by the combiner.
6749 @smallexample
6750 @group
6751 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6752   [(set (pc)
6753         (if_then_else
6754           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6755               (const_int 1))
6756           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6757           (pc)))
6758    (set (match_dup 0)
6759         (plus:SI (match_dup 0)
6760                  (const_int -1)))]
6761   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6762   "@dots{}")
6763 @end group
6764 @end smallexample
6766 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
6767 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
6768 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
6769 information collected during strength reduction.
6771 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
6772 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
6773 is an optional companion pattern that can be used for initialization
6774 needed for some low-overhead looping instructions.
6776 Note that some machines require the actual looping instruction to be
6777 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
6778 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
6779 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
6780 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
6781 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
6782 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
6783 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
6784 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
6785 desired special iteration counter register was not allocated, this
6786 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
6787 instruction pair.
6789 The essential difference between the
6790 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
6791 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
6792 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
6793 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
6794 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
6795 may become redundant and removed by the flow pass.
6798 @end ifset
6799 @ifset INTERNALS
6800 @node Insn Canonicalizations
6801 @section Canonicalization of Instructions
6802 @cindex canonicalization of instructions
6803 @cindex insn canonicalization
6805 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
6806 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
6807 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
6808 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
6809 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
6810 number of insn patterns required.
6812 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
6813 are performed:
6815 @itemize @bullet
6816 @item
6817 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
6818 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
6819 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
6820 be supplied.
6822 @item
6823 For associative operators, a sequence of operators will always chain
6824 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
6825 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
6826 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
6827 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
6828 floating-point.
6830 @item
6831 @cindex @code{neg}, canonicalization of
6832 @cindex @code{not}, canonicalization of
6833 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6834 @cindex @code{plus}, canonicalization of
6835 @cindex @code{minus}, canonicalization of
6836 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
6837 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
6838 first operand.
6840 @item
6841 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
6842 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
6843 the operations as far as possible.  For instance,
6844 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
6845 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
6846 @code{(minus A (mult B C))}.
6848 @cindex @code{compare}, canonicalization of
6849 @item
6850 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
6851 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
6853 @item
6854 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
6855 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
6856 above.
6858 @item
6859 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
6860 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
6861 of @code{ltu}.
6863 @item
6864 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
6865 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
6867 @item
6868 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
6869 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
6871 @cindex @code{ior}, canonicalization of
6872 @cindex @code{and}, canonicalization of
6873 @cindex De Morgan's law
6874 @item
6875 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
6876 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
6877 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
6879 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
6880 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
6881 for that instruction as
6883 @smallexample
6884 (define_insn ""
6885   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6886         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6887                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
6888   "@dots{}"
6889   "@dots{}")
6890 @end smallexample
6892 @noindent
6893 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
6895 @smallexample
6896 (define_insn ""
6897   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6898         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6899                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
6900   "@dots{}"
6901   "@dots{}")
6902 @end smallexample
6904 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
6905 logically equivalent RTL expressions.
6907 @cindex @code{xor}, canonicalization of
6908 @item
6909 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
6910 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
6911 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
6913 @item
6914 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
6915 the form
6917 @smallexample
6918 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
6919 @end smallexample
6921 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
6922 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
6923 @item
6924 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
6925 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
6926 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
6928 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6929 @item
6930 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
6931 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
6932 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
6933 for @code{zero_extend}.
6935 @item
6936 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
6937 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
6938 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
6939 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
6940 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
6941 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
6942 This transformation is only applied when it can be proven that the
6943 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
6945 @end itemize
6947 Further canonicalization rules are defined in the function
6948 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
6950 @end ifset
6951 @ifset INTERNALS
6952 @node Expander Definitions
6953 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
6954 @cindex expander definitions
6955 @cindex code generation RTL sequences
6956 @cindex defining RTL sequences for code generation
6958 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
6959 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
6960 represent them.  For these target machines, you can write a
6961 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
6963 @findex define_expand
6964 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
6965 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
6966 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
6968 A @code{define_expand} RTX has four operands:
6970 @itemize @bullet
6971 @item
6972 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
6973 use for it is to refer to it by name.
6975 @item
6976 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
6977 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
6978 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
6980 @item
6981 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
6982 used to express how the availability of this pattern depends on
6983 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
6984 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
6985 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
6986 depend on the data in the insn being matched, but only the
6987 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
6988 during initialization in order to learn exactly which named instructions
6989 are available in a particular run.
6991 @item
6992 The preparation statements, a string containing zero or more C
6993 statements which are to be executed before RTL code is generated from
6994 the RTL template.
6996 Usually these statements prepare temporary registers for use as
6997 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
6998 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
6999 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
7001 @item
7002 Optionally, a vector containing the values of attributes. @xref{Insn
7003 Attributes}.
7004 @end itemize
7006 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
7007 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
7008 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
7011 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
7012 also describes the operands that need to be specified when this pattern
7013 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
7015 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
7016 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
7017 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
7018 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
7019 information to preload the operand into a register if that is required for
7020 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
7021 references should use @code{match_dup}.
7023 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
7024 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
7025 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
7026 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
7027 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
7028 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
7029 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
7030 compute the values and store them into the appropriate elements of
7031 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
7033 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
7034 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
7035 as a statement.
7037 @table @code
7039 @findex DONE
7040 @item DONE
7041 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
7042 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
7043 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
7044 preparation statements; the RTL template will not be generated.
7046 @findex FAIL
7047 @item FAIL
7048 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
7049 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
7050 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
7052 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
7053 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
7054 operations.
7055 @end table
7057 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
7058 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
7059 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
7060 insn.
7062 The RTL template is not used for matching, only for generating the
7063 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
7064 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
7065 list of operands, such as this example:
7067 @smallexample
7068 @group
7069 (define_expand "addsi3"
7070   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7071    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7072    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
7073 @end group
7074 @group
7075   ""
7076   "
7078   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
7079   DONE;
7080 @}")
7081 @end group
7082 @end smallexample
7084 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
7086 @smallexample
7087 @group
7088 (define_expand "ashlsi3"
7089   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7090         (ashift:SI
7091 @end group
7092 @group
7093           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
7094           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
7095   ""
7096   "
7097 @end group
7098 @end smallexample
7100 @smallexample
7101 @group
7103   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
7104       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
7105     FAIL;
7106 @}")
7107 @end group
7108 @end smallexample
7110 @noindent
7111 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
7112 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
7113 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
7114 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
7115 library call).
7117 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
7118 patterns with names, then it would be possible to use a
7119 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
7120 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
7122 @smallexample
7123 (define_expand "zero_extendhisi2"
7124   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
7125         (const_int 0))
7126    (set (strict_low_part
7127           (subreg:HI
7128             (match_dup 0)
7129             0))
7130         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
7131   ""
7132   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
7133 @end smallexample
7135 @noindent
7136 @findex make_safe_from
7137 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
7138 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
7139 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
7140 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
7141 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
7142 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
7143 by emitting another RTL insn.
7145 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
7146 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
7147 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
7148 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
7149 on this machine.  So it must be copied into a register with
7150 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
7152 @smallexample
7153 (define_expand "zero_extendhisi2"
7154   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7155         (and:SI (subreg:SI
7156                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
7157                   0)
7158                 (match_dup 2)))]
7159   ""
7160   "operands[2]
7161      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
7162 @end smallexample
7164 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
7165 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
7166 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
7167 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
7168 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
7169 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
7170 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
7171 in the compiler.
7173 @end ifset
7174 @ifset INTERNALS
7175 @node Insn Splitting
7176 @section Defining How to Split Instructions
7177 @cindex insn splitting
7178 @cindex instruction splitting
7179 @cindex splitting instructions
7181 There are two cases where you should specify how to split a pattern
7182 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
7183 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
7184 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
7185 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
7186 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
7187 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
7188 cannot be placed into a delay slot.
7190 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
7191 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
7192 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
7193 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
7194 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
7195 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
7196 scheduling.
7198 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
7199 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
7200 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
7201 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
7202 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
7203 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
7204 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
7205 split the addition into two insns is machine-dependent.
7207 @findex define_split
7208 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
7209 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
7211 @smallexample
7212 (define_split
7213   [@var{insn-pattern}]
7214   "@var{condition}"
7215   [@var{new-insn-pattern-1}
7216    @var{new-insn-pattern-2}
7217    @dots{}]
7218   "@var{preparation-statements}")
7219 @end smallexample
7221 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
7222 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
7223 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
7224 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
7225 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
7226 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
7228 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
7229 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
7230 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
7231 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
7232 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
7233 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
7234 must not allocate any space in the stack frame.
7236 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
7237 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
7238 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
7239 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
7240 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
7241 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
7242 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
7243 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
7244 of those definitions.
7246 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
7247 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
7248 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
7250 @smallexample
7251 (define_split
7252   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7253         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
7254   ""
7255   [(set (match_dup 0)
7256         (ashift:SI (match_dup 1)
7257                    (const_int 16)))
7258    (set (match_dup 0)
7259         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
7260                      (const_int 16)))]
7261   "
7262 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
7263 @end smallexample
7265 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
7266 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
7267 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
7268 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
7269 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
7270 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
7271 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
7272 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
7273 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
7274 @code{define_split} that will never produce insns that match).
7276 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
7277 @file{rs6000.md}:
7279 @smallexample
7280 (define_split
7281   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
7282         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7283                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
7284   ""
7285   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
7286    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
7289   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
7290   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
7292   if (low & 0x8000)
7293     high++, low |= 0xffff0000;
7295   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
7296   operands[4] = GEN_INT (low);
7297 @}")
7298 @end smallexample
7300 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
7301 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
7302 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
7303 can be substituted into the address of a subsequent operation.
7305 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
7306 an equality comparison of a register and a large constant:
7308 @smallexample
7309 (define_split
7310   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
7311         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
7312                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
7313    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
7314   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
7315    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
7316        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
7317   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
7318    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
7319   "
7321   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
7322      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
7323      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
7325   int c = INTVAL (operands[2]);
7326   int sextc = (c << 16) >> 16;
7327   int xorv = c ^ sextc;
7329   operands[4] = GEN_INT (xorv);
7330   operands[5] = GEN_INT (sextc);
7331 @}")
7332 @end smallexample
7334 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
7335 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
7336 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
7337 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
7338 are not valid.
7340 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
7341 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
7342 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
7343 several restriction apply.
7345 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
7346 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
7347 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
7348 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
7349 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
7350 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
7351 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
7352 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
7353 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
7354 forward jumps to the newly created labels.
7356 @findex define_insn_and_split
7357 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
7358 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
7359 this:
7361 @smallexample
7362 (define_insn_and_split
7363   [@var{insn-pattern}]
7364   "@var{condition}"
7365   "@var{output-template}"
7366   "@var{split-condition}"
7367   [@var{new-insn-pattern-1}
7368    @var{new-insn-pattern-2}
7369    @dots{}]
7370   "@var{preparation-statements}"
7371   [@var{insn-attributes}])
7373 @end smallexample
7375 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
7376 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
7377 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
7378 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
7379 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
7380 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
7381 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
7382 from i386.md:
7384 @smallexample
7385 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
7386   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
7387      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
7388    (clobber (reg:CC 17))]
7389   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
7390   "#"
7391   "&& reload_completed"
7392   [(parallel [(set (match_dup 0)
7393                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
7394               (clobber (reg:CC 17))])]
7395   ""
7396   [(set_attr "type" "alu1")])
7398 @end smallexample
7400 In this case, the actual split condition will be
7401 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
7403 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
7404 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
7405 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
7406 having to ensure the two patterns' templates match.
7408 @end ifset
7409 @ifset INTERNALS
7410 @node Including Patterns
7411 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
7412 @cindex insn includes
7414 @findex include
7415 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
7416 look for patterns that are in files other than in the file
7417 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
7419 It looks like:
7421 @smallexample
7423 (include
7424   @var{pathname})
7425 @end smallexample
7427 For example:
7429 @smallexample
7431 (include "filestuff")
7433 @end smallexample
7435 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
7436 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
7437 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
7440 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
7441 and placed into subdirectories.
7443 By specifying:
7445 @smallexample
7447 (include "BOGUS/filestuff")
7449 @end smallexample
7451 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
7453 Specifying an absolute path for the include file such as;
7454 @smallexample
7456 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
7458 @end smallexample
7459 is permitted but is not encouraged.
7461 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
7462 @cindex directory options .md
7463 @cindex options, directory search
7464 @cindex search options
7466 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
7467 For example:
7469 @smallexample
7471 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
7473 @end smallexample
7476 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
7477 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
7478 file, substituting your own version, since these directories are
7479 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
7480 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
7481 order; the standard default directory come after.
7484 @end ifset
7485 @ifset INTERNALS
7486 @node Peephole Definitions
7487 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
7488 @cindex peephole optimizer definitions
7489 @cindex defining peephole optimizers
7491 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
7492 definitions of machine-specific peephole optimizations.
7494 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
7495 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
7496 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
7497 though the second one does not appear to use a register computed in the
7498 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
7499 opportunities.
7501 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
7502 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
7503 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
7504 is deprecated.
7506 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
7507 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
7508 but before scheduling, which may result in much better code for
7509 targets that do scheduling.
7511 @menu
7512 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
7513 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
7514 @end menu
7516 @end ifset
7517 @ifset INTERNALS
7518 @node define_peephole
7519 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
7520 @findex define_peephole
7522 @need 1000
7523 A definition looks like this:
7525 @smallexample
7526 (define_peephole
7527   [@var{insn-pattern-1}
7528    @var{insn-pattern-2}
7529    @dots{}]
7530   "@var{condition}"
7531   "@var{template}"
7532   "@var{optional-insn-attributes}")
7533 @end smallexample
7535 @noindent
7536 The last string operand may be omitted if you are not using any
7537 machine-specific information in this machine description.  If present,
7538 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
7540 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
7541 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
7542 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
7543 the next, and so on.
7545 Each of the insns matched by a peephole must also match a
7546 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
7547 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
7548 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
7549 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
7550 stages.
7552 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
7553 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
7554 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
7555 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
7556 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
7557 other.
7559 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
7560 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
7561 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
7562 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
7563 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
7565 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
7566 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
7567 previously tested.
7569 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
7570 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
7571 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
7572 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
7573 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
7574 patterns.
7576 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
7577 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
7578 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
7579 the operands.
7581 @findex prev_active_insn
7582 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
7583 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
7584 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
7585 to refer to the last of the insns being matched; use
7586 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
7588 @findex dead_or_set_p
7589 When optimizing computations with intermediate results, you can use
7590 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
7591 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
7592 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
7593 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
7594 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
7595 value (from @code{operands[@var{i}]}).
7597 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
7598 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
7599 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
7600 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
7601 used in matching the original sequence of insns.
7603 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
7604 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
7605 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
7606 as the insn pattern to control how the insn is output.
7608 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
7609 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
7611 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
7613 @smallexample
7614 (define_peephole
7615   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
7616    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
7617         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
7618   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
7620   rtx xoperands[2];
7621   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
7622 #ifdef MOTOROLA
7623   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
7624   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
7625   return "fmove.d (sp)+,%0";
7626 #else
7627   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
7628   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
7629   return "fmoved sp@@+,%0";
7630 #endif
7632 @end smallexample
7634 @need 1000
7635 The effect of this optimization is to change
7637 @smallexample
7638 @group
7639 jbsr _foobar
7640 addql #4,sp
7641 movel d1,sp@@-
7642 movel d0,sp@@-
7643 fmoved sp@@+,fp0
7644 @end group
7645 @end smallexample
7647 @noindent
7648 into
7650 @smallexample
7651 @group
7652 jbsr _foobar
7653 movel d1,sp@@
7654 movel d0,sp@@-
7655 fmoved sp@@+,fp0
7656 @end group
7657 @end smallexample
7659 @ignore
7660 @findex CC_REVERSED
7661 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
7662 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
7663 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
7664 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
7665 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
7666 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
7667 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
7668 and in this C code check the condition code status flags and change the
7669 assembler code as appropriate.
7670 @end ignore
7672 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
7673 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
7674 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
7675 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
7676 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
7677 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
7678 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
7679 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
7680 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
7682 @smallexample
7683 (define_insn "divmodsi4"
7684   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7685         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7686                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7687    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7688         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7689   "TARGET_68020"
7690   "divsl%.l %2,%3:%0")
7691 @end smallexample
7693 @noindent
7694 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
7696 @smallexample
7697 (define_peephole
7698   [@dots{}
7699    (parallel
7700     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7701           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7702                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7703      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7704           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
7705    @dots{}]
7706   @dots{})
7707 @end smallexample
7709 @end ifset
7710 @ifset INTERNALS
7711 @node define_peephole2
7712 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
7713 @findex define_peephole2
7715 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
7716 substitute one sequence of instructions for another sequence,
7717 what additional scratch registers may be needed and what their
7718 lifetimes must be.
7720 @smallexample
7721 (define_peephole2
7722   [@var{insn-pattern-1}
7723    @var{insn-pattern-2}
7724    @dots{}]
7725   "@var{condition}"
7726   [@var{new-insn-pattern-1}
7727    @var{new-insn-pattern-2}
7728    @dots{}]
7729   "@var{preparation-statements}")
7730 @end smallexample
7732 The definition is almost identical to @code{define_split}
7733 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
7734 single instruction, but a sequence of instructions.
7736 It is possible to request additional scratch registers for use in the
7737 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
7738 will simply not match.
7740 @findex match_scratch
7741 @findex match_dup
7742 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
7743 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
7744 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
7745 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
7746 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
7747 at which the register must be available.
7749 Here is an example from the IA-32 machine description:
7751 @smallexample
7752 (define_peephole2
7753   [(match_scratch:SI 2 "r")
7754    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7755                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
7756                      [(match_dup 0)
7757                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
7758               (clobber (reg:CC 17))])]
7759   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
7760   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
7761    (parallel [(set (match_dup 0)
7762                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
7763               (clobber (reg:CC 17))])]
7764   "")
7765 @end smallexample
7767 @noindent
7768 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
7769 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
7770 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
7771 to be live only at the point just before the arithmetic.
7773 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
7774 so here's a silly made-up example:
7776 @smallexample
7777 (define_peephole2
7778   [(match_scratch:SI 4 "r")
7779    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
7780    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
7781    (match_dup 4)
7782    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
7783   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
7784   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
7785    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
7786    (set (match_dup 2) (match_dup 4))
7787    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
7788   "")
7789 @end smallexample
7791 @noindent
7792 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
7793 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
7794 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
7796 @end ifset
7797 @ifset INTERNALS
7798 @node Insn Attributes
7799 @section Instruction Attributes
7800 @cindex insn attributes
7801 @cindex instruction attributes
7803 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
7804 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
7805 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
7806 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
7807 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
7808 to track the condition codes.
7810 @menu
7811 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
7812 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
7813 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
7814 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
7815 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
7816 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
7817 * Mnemonic Attribute::  Obtain the instruction mnemonic as attribute value.
7818 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
7819 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
7820 @end menu
7822 @end ifset
7823 @ifset INTERNALS
7824 @node Defining Attributes
7825 @subsection Defining Attributes and their Values
7826 @cindex defining attributes and their values
7827 @cindex attributes, defining
7829 @findex define_attr
7830 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
7831 by the target machine.  It looks like:
7833 @smallexample
7834 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
7835 @end smallexample
7837 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being
7838 defined.  Some attributes are used in a special way by the rest of the
7839 compiler. The @code{enabled} attribute can be used to conditionally
7840 enable or disable insn alternatives (@pxref{Disable Insn
7841 Alternatives}). The @code{predicable} attribute, together with a
7842 suitable @code{define_cond_exec} (@pxref{Conditional Execution}), can
7843 be used to automatically generate conditional variants of instruction
7844 patterns. The @code{mnemonic} attribute can be used to check for the
7845 instruction mnemonic (@pxref{Mnemonic Attribute}).  The compiler
7846 internally uses the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled},
7847 so they should not be used elsewhere as alternative names.
7849 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
7850 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
7851 indicate that the attribute takes numeric values.
7853 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
7854 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
7855 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
7856 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
7857 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
7859 @findex insn-attr.h
7860 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
7861 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
7862 specified for an attribute, the following are defined:
7864 @itemize @bullet
7865 @item
7866 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
7868 @item
7869 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
7870 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
7871 the attribute name and value are first converted to uppercase.
7873 @item
7874 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
7875 returns the attribute value for that insn.
7876 @end itemize
7878 For example, if the following is present in the @file{md} file:
7880 @smallexample
7881 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
7882 @end smallexample
7884 @noindent
7885 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
7887 @smallexample
7888 #define HAVE_ATTR_type 1
7889 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
7890                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
7891 extern enum attr_type get_attr_type ();
7892 @end smallexample
7894 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
7895 defined and the function to obtain the attribute's value will return
7896 @code{int}.
7898 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
7899 attributes are not free to use for other purposes:
7901 @table @code
7902 @item length
7903 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
7904 code chunks.  This is especially important when verifying branch
7905 distances. @xref{Insn Lengths}.
7907 @item enabled
7908 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
7909 alternatives of an insn definition from being used during code
7910 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
7912 @item mnemonic
7913 The @code{mnemonic} attribute can be defined to implement instruction
7914 specific checks in e.g. the pipeline description.
7915 @xref{Mnemonic Attribute}.
7916 @end table
7918 For each of these special attributes, the corresponding
7919 @samp{HAVE_ATTR_@var{name}} @samp{#define} is also written when the
7920 attribute is not defined; in that case, it is defined as @samp{0}.
7922 @findex define_enum_attr
7923 @anchor{define_enum_attr}
7924 Another way of defining an attribute is to use:
7926 @smallexample
7927 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
7928 @end smallexample
7930 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
7931 the list of values is taken from a separate enumeration called
7932 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
7933 the same list of values for several attributes without having to
7934 repeat the list each time.  For example:
7936 @smallexample
7937 (define_enum "processor" [
7938   model_a
7939   model_b
7940   @dots{}
7942 (define_enum_attr "arch" "processor"
7943   (const (symbol_ref "target_arch")))
7944 (define_enum_attr "tune" "processor"
7945   (const (symbol_ref "target_tune")))
7946 @end smallexample
7948 defines the same attributes as:
7950 @smallexample
7951 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
7952   (const (symbol_ref "target_arch")))
7953 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
7954   (const (symbol_ref "target_tune")))
7955 @end smallexample
7957 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
7958 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
7959 defines a single C enum (@code{processor}).
7960 @end ifset
7961 @ifset INTERNALS
7962 @node Expressions
7963 @subsection Attribute Expressions
7964 @cindex attribute expressions
7966 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
7967 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
7968 Attribute value expressions must have one of the following forms:
7970 @table @code
7971 @cindex @code{const_int} and attributes
7972 @item (const_int @var{i})
7973 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
7974 must be non-negative.
7976 The value of a numeric attribute can be specified either with a
7977 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
7978 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
7979 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
7980 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
7982 @cindex @code{const_string} and attributes
7983 @item (const_string @var{value})
7984 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
7985 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
7986 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
7987 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
7988 of a @code{define_attr}.
7990 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
7991 must be a string containing a non-negative integer (normally
7992 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
7993 contain one of the valid values for the attribute.
7995 @cindex @code{if_then_else} and attributes
7996 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
7997 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
7998 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
7999 otherwise it is @var{false-value}.
8001 @cindex @code{cond} and attributes
8002 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
8003 The first operand of this expression is a vector containing an even
8004 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
8005 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
8006 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
8007 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
8008 expression is that of the @var{default} expression.
8009 @end table
8011 @var{test} expressions can have one of the following forms:
8013 @table @code
8014 @cindex @code{const_int} and attribute tests
8015 @item (const_int @var{i})
8016 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
8018 @cindex @code{not} and attributes
8019 @cindex @code{ior} and attributes
8020 @cindex @code{and} and attributes
8021 @item (not @var{test})
8022 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
8023 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
8024 These tests are true if the indicated logical function is true.
8026 @cindex @code{match_operand} and attributes
8027 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
8028 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
8029 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
8030 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
8031 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
8032 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
8033 string).
8035 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
8037 @cindex @code{match_test} and attributes
8038 @item (match_test @var{c-expr})
8039 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
8040 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
8042 @table @var
8043 @item insn
8044 The rtl instruction under test.
8045 @item which_alternative
8046 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
8047 @xref{Output Statement}.
8048 @item operands
8049 An array of @var{insn}'s rtl operands.
8050 @end table
8052 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
8053 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
8054 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
8056 @smallexample
8057 (match_test "x & 2")
8058 (match_test "(x & 2) != 0")
8059 @end smallexample
8061 @cindex @code{le} and attributes
8062 @cindex @code{leu} and attributes
8063 @cindex @code{lt} and attributes
8064 @cindex @code{gt} and attributes
8065 @cindex @code{gtu} and attributes
8066 @cindex @code{ge} and attributes
8067 @cindex @code{geu} and attributes
8068 @cindex @code{ne} and attributes
8069 @cindex @code{eq} and attributes
8070 @cindex @code{plus} and attributes
8071 @cindex @code{minus} and attributes
8072 @cindex @code{mult} and attributes
8073 @cindex @code{div} and attributes
8074 @cindex @code{mod} and attributes
8075 @cindex @code{abs} and attributes
8076 @cindex @code{neg} and attributes
8077 @cindex @code{ashift} and attributes
8078 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
8079 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
8080 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
8081 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
8082 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
8083 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
8084 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
8085 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
8086 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
8087 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
8088 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
8089 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
8090 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
8091 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
8092 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
8093 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
8094 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
8096 @findex get_attr
8097 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
8098 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
8099 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
8100 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
8101 variable.
8103 @findex eq_attr
8104 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
8105 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
8107 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
8108 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
8109 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
8110 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
8111 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
8112 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
8113 @emph{not} in the specified list.
8115 For example,
8117 @smallexample
8118 (eq_attr "type" "load,store")
8119 @end smallexample
8121 @noindent
8122 is equivalent to
8124 @smallexample
8125 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
8126 @end smallexample
8128 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
8129 value of the compiler variable @code{which_alternative}
8130 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
8131 example,
8133 @smallexample
8134 (eq_attr "alternative" "2,3")
8135 @end smallexample
8137 @noindent
8138 is equivalent to
8140 @smallexample
8141 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
8142      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
8143 @end smallexample
8145 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
8146 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
8147 a particular pattern.  This is by far the most common case.
8149 @findex attr_flag
8150 @item (attr_flag @var{name})
8151 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
8152 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
8153 scheduled.
8155 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
8156 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
8157 direction of a conditional branch.
8159 This example describes a conditional branch delay slot which
8160 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
8161 for backward branches which are not taken (annul-false).
8163 @smallexample
8164 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
8165   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
8166    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8167         (attr_flag "forward"))
8168    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
8169         (attr_flag "backward"))])
8170 @end smallexample
8172 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
8173 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
8175 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
8176 meaning to other passes of the compiler.
8178 @findex attr
8179 @item (attr @var{name})
8180 The value of another attribute is returned.  This is most useful
8181 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
8182 produce more efficient code for non-numeric attributes.
8183 @end table
8185 @end ifset
8186 @ifset INTERNALS
8187 @node Tagging Insns
8188 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
8189 @cindex tagging insns
8190 @cindex assigning attribute values to insns
8192 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
8193 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
8194 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
8195 have an optional last argument to specify the values of attributes for
8196 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
8197 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
8198 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
8199 permits the specification of the values for only one or two attributes
8200 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
8201 next section.
8203 The optional last argument of @code{define_insn} and
8204 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
8205 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
8206 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
8207 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
8208 second operand of the @code{set} is an attribute expression
8209 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
8211 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
8212 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
8213 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
8214 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
8215 each alternative.
8217 @findex set_attr
8218 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
8219 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
8220 specifying a string giving either a single attribute value or a list
8221 of attribute values, one for each alternative.
8223 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
8224 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
8226 @table @code
8227 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
8228 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
8229 or a string containing a comma-separated list giving the values for
8230 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
8231 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
8233 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
8234 which case the attribute will assume its default value for insns matching
8235 that alternative.
8237 @findex set_attr_alternative
8238 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
8239 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
8240 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
8241 tests on the @samp{alternative} attribute.
8243 @findex attr
8244 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
8245 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
8246 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
8247 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
8248 @end table
8250 The following shows three different ways of representing the same
8251 attribute value specification:
8253 @smallexample
8254 (set_attr "type" "load,store,arith")
8256 (set_attr_alternative "type"
8257                       [(const_string "load") (const_string "store")
8258                        (const_string "arith")])
8260 (set (attr "type")
8261      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
8262             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
8263            (const_string "arith")))
8264 @end smallexample
8266 @need 1000
8267 @findex define_asm_attributes
8268 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
8269 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
8270 statement.  It has the form:
8272 @smallexample
8273 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
8274 @end smallexample
8276 @noindent
8277 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
8278 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
8280 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
8281 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
8283 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
8284 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
8285 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
8286 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
8287 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
8288 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
8289 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
8290 of a single machine instruction.
8292 @end ifset
8293 @ifset INTERNALS
8294 @node Attr Example
8295 @subsection Example of Attribute Specifications
8296 @cindex attribute specifications example
8297 @cindex attribute specifications
8299 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
8300 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
8301 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
8302 value.  This attribute is normally used only to define the default value
8303 for other attributes.  An example will clarify this usage.
8305 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
8306 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
8307 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
8308 operations, floating point operations, and branches.
8310 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
8311 the condition code and will limit ourselves to the following possible
8312 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
8313 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
8314 changed if the item previously set into the condition code has been
8315 modified.
8317 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
8319 @smallexample
8320 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
8322 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
8323              (cond [(eq_attr "type" "load")
8324                         (const_string "change0")
8325                     (eq_attr "type" "store,branch")
8326                         (const_string "unchanged")
8327                     (eq_attr "type" "arith")
8328                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
8329                                       (const_string "set")
8330                                       (const_string "clobber"))]
8331                    (const_string "clobber")))
8333 (define_insn ""
8334   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
8335         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
8336   ""
8337   "@@
8338    move %0,%1
8339    load %0,%1
8340    store %0,%1"
8341   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
8342 @end smallexample
8344 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
8345 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
8346 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
8347 full-word result.
8349 @end ifset
8350 @ifset INTERNALS
8351 @node Insn Lengths
8352 @subsection Computing the Length of an Insn
8353 @cindex insn lengths, computing
8354 @cindex computing the length of an insn
8356 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
8357 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
8358 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
8359 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
8360 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
8361 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
8363 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
8364 arithmetic terms are allowed in test expressions:
8366 @table @code
8367 @cindex @code{match_dup} and attributes
8368 @item (match_dup @var{n})
8369 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
8370 must be a @code{label_ref}.
8372 @cindex @code{pc} and attributes
8373 @item (pc)
8374 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
8375 been more consistent with other usage to make this the address of the
8376 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
8377 current insn is to be computed.
8378 @end table
8380 @cindex @code{addr_vec}, length of
8381 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
8382 For normal insns, the length will be determined by value of the
8383 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
8384 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
8385 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
8387 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
8389 The following macros can be used to refine the length computation:
8391 @table @code
8392 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
8393 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
8394 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
8395 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
8396 that contains the initially computed length of the insn and should be
8397 updated with the correct length of the insn.
8399 This macro will normally not be required.  A case in which it is
8400 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
8401 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
8402 may be required.
8403 @end table
8405 @findex get_attr_length
8406 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
8407 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
8408 determine the form of the branch instruction to be written, as the
8409 example below illustrates.
8411 As an example of the specification of variable-length branches, consider
8412 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
8413 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
8414 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
8415 sequence to load the address from memory and then branch to it.
8417 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
8418 as follows:
8420 @smallexample
8421 (define_insn "jump"
8422   [(set (pc)
8423         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
8424   ""
8426    return (get_attr_length (insn) == 4
8427            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
8429   [(set (attr "length")
8430         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
8431                       (const_int 4)
8432                       (const_int 6)))])
8433 @end smallexample
8435 @end ifset
8436 @ifset INTERNALS
8437 @node Constant Attributes
8438 @subsection Constant Attributes
8439 @cindex constant attributes
8441 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
8442 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
8443 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
8444 used to specify which variety of processor is used.  For example,
8446 @smallexample
8447 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
8448  (const
8449   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
8450          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
8451         (const_string "m88000"))))
8453 (define_attr "memory" "fast,slow"
8454  (const
8455   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
8456                 (const_string "fast")
8457                 (const_string "slow"))))
8458 @end smallexample
8460 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
8461 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
8462 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
8463 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
8464 forms involving insn attributes.
8466 @end ifset
8467 @ifset INTERNALS
8468 @node Mnemonic Attribute
8469 @subsection Mnemonic Attribute
8470 @cindex mnemonic attribute
8472 The @code{mnemonic} attribute is a string type attribute holding the
8473 instruction mnemonic for an insn alternative.  The attribute values
8474 will automatically be generated by the machine description parser if
8475 there is an attribute definition in the md file:
8477 @smallexample
8478 (define_attr "mnemonic" "unknown" (const_string "unknown"))
8479 @end smallexample
8481 The default value can be freely chosen as long as it does not collide
8482 with any of the instruction mnemonics.  This value will be used
8483 whenever the machine description parser is not able to determine the
8484 mnemonic string.  This might be the case for output templates
8485 containing more than a single instruction as in
8486 @code{"mvcle\t%0,%1,0\;jo\t.-4"}.
8488 The @code{mnemonic} attribute set is not generated automatically if the
8489 instruction string is generated via C code.
8491 An existing @code{mnemonic} attribute set in an insn definition will not
8492 be overriden by the md file parser.  That way it is possible to
8493 manually set the instruction mnemonics for the cases where the md file
8494 parser fails to determine it automatically.
8496 The @code{mnemonic} attribute is useful for dealing with instruction
8497 specific properties in the pipeline description without defining
8498 additional insn attributes.
8500 @smallexample
8501 (define_attr "ooo_expanded" ""
8502   (cond [(eq_attr "mnemonic" "dlr,dsgr,d,dsgf,stam,dsgfr,dlgr")
8503          (const_int 1)]
8504         (const_int 0)))
8505 @end smallexample
8507 @end ifset
8508 @ifset INTERNALS
8509 @node Delay Slots
8510 @subsection Delay Slot Scheduling
8511 @cindex delay slots, defining
8513 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
8514 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
8515 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
8516 after the instruction are executed as if they were located before it.
8517 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
8518 the following instruction before the branch or call is performed.
8520 On some machines, conditional branch instructions can optionally
8521 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
8522 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
8523 instructions that annul if the branch is true and instructions that
8524 annul if the branch is false are supported.
8526 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
8527 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
8528 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
8529 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
8530 instruction scheduling.
8532 @findex define_delay
8533 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
8534 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
8536 @smallexample
8537 (define_delay @var{test}
8538               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
8539                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
8540                @dots{}])
8541 @end smallexample
8543 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
8544 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
8545 required delay slots is determined by the length of the vector specified
8546 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
8547 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
8548 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
8549 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
8550 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
8551 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
8553 For example, in the common case where branch and call insns require
8554 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
8555 call, the following would be placed in the @file{md} file:
8557 @smallexample
8558 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
8559               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8560 @end smallexample
8562 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
8563 case, each such expression specifies different delay slot requirements
8564 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
8565 expressions are both true.
8567 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
8568 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
8569 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
8570 branch is true, we might represent this as follows:
8572 @smallexample
8573 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
8574    [(eq_attr "type" "!branch,call")
8575     (eq_attr "type" "!branch,call")
8576     (nil)])
8578 (define_delay (eq_attr "type" "call")
8579               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
8580                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
8581 @end smallexample
8582 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
8584 @end ifset
8585 @ifset INTERNALS
8586 @node Processor pipeline description
8587 @subsection Specifying processor pipeline description
8588 @cindex processor pipeline description
8589 @cindex processor functional units
8590 @cindex instruction latency time
8591 @cindex interlock delays
8592 @cindex data dependence delays
8593 @cindex reservation delays
8594 @cindex pipeline hazard recognizer
8595 @cindex automaton based pipeline description
8596 @cindex regular expressions
8597 @cindex deterministic finite state automaton
8598 @cindex automaton based scheduler
8599 @cindex RISC
8600 @cindex VLIW
8602 To achieve better performance, most modern processors
8603 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
8604 processors) have many @dfn{functional units} on which several
8605 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
8606 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
8607 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
8608 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
8609 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
8610 MIPS processors).
8612 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
8613 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
8614 latency time}.  The instruction execution is not started until all
8615 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
8616 complex cases when the instruction execution starts even when the data
8617 are not available but will be ready in given time after the
8618 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
8619 account is simple.  The data dependence (true, output, and
8620 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
8621 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
8622 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
8623 means that two instructions under execution will be in need of shared
8624 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
8625 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
8626 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
8627 processors.
8629 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
8630 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
8631 instruction scheduler has to have an adequate description of the
8632 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
8633 machine descriptions describe processor parallelism and functional
8634 unit reservations for groups of instructions with the aid of
8635 @dfn{regular expressions}.
8637 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
8638 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
8639 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
8640 automatically generated from the processor pipeline description.  The
8641 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
8642 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
8643 the instruction issue is possible if there is a transition from one
8644 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
8645 furthermore, its speed is not dependent on processor
8646 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
8647 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
8648 can split orthogonal parts of the machine description among several
8649 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
8650 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
8652 @cindex automaton based pipeline description
8653 The rest of this section describes the directives that constitute
8654 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
8655 these constructions within the machine description file is not
8656 important.
8658 @findex define_automaton
8659 @cindex pipeline hazard recognizer
8660 The following optional construction describes names of automata
8661 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
8662 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
8663 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
8664 units to the automata, the total size of the automata is usually
8665 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
8666 construction, only one finite state automaton is generated.
8668 @smallexample
8669 (define_automaton @var{automata-names})
8670 @end smallexample
8672 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
8673 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
8674 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
8675 @code{define_query_cpu_unit}.
8677 @findex define_cpu_unit
8678 @cindex processor functional units
8679 Each processor functional unit used in the description of instruction
8680 reservations should be described by the following construction.
8682 @smallexample
8683 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8684 @end smallexample
8686 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
8687 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
8688 for other goals.
8690 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8691 which the unit is bound.  The automaton should be described in
8692 construction @code{define_automaton}.  You should give
8693 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
8695 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
8696 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
8697 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
8698 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
8699 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
8700 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
8701 description of the subsequent constructions.
8703 @findex define_query_cpu_unit
8704 @cindex querying function unit reservations
8705 The following construction describes CPU functional units analogously
8706 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
8707 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
8708 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
8709 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
8710 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
8711 @acronym{VLIW} insn templates).
8713 @smallexample
8714 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8715 @end smallexample
8717 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
8718 separated by commas.
8720 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8721 which the unit is bound.
8723 @findex define_insn_reservation
8724 @cindex instruction latency time
8725 @cindex regular expressions
8726 @cindex data bypass
8727 The following construction is the major one to describe pipeline
8728 characteristics of an instruction.
8730 @smallexample
8731 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
8732                          @var{condition} @var{regexp})
8733 @end smallexample
8735 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
8736 instruction.  There is an important difference between the old
8737 description and the automaton based pipeline description.  The latency
8738 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
8739 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
8740 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
8741 zero and the cost of output dependencies is the difference between
8742 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
8743 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
8744 change the default costs for any description by using the target hook
8745 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
8747 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
8748 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
8749 the automaton description file generated for debugging.  The internal
8750 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
8751 good practice to use insn classes described in the processor manual.
8753 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
8754 construction.  You should remember that you will be in trouble if
8755 @var{condition} for two or more different
8756 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
8757 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
8758 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
8759 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
8760 the same value is quite difficult (especially if the conditions
8761 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
8762 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
8763 recognizer considerably.
8765 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
8766 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
8767 expression according to the following syntax:
8769 @smallexample
8770        regexp = regexp "," oneof
8771               | oneof
8773        oneof = oneof "|" allof
8774              | allof
8776        allof = allof "+" repeat
8777              | repeat
8779        repeat = element "*" number
8780               | element
8782        element = cpu_function_unit_name
8783                | reservation_name
8784                | result_name
8785                | "nothing"
8786                | "(" regexp ")"
8787 @end smallexample
8789 @itemize @bullet
8790 @item
8791 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
8792 the reservation.
8794 @item
8795 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
8796 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
8797 regular expression @strong{or} etc.
8799 @item
8800 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
8801 regular expression @strong{and} a reservation described by the
8802 second regular expression @strong{and} etc.
8804 @item
8805 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
8806 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
8807 advancing (see @samp{,}).
8809 @item
8810 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
8811 functional unit.
8813 @item
8814 @samp{reservation_name} --- see description of construction
8815 @samp{define_reservation}.
8817 @item
8818 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
8819 @end itemize
8821 @findex define_reservation
8822 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
8823 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
8824 the common part by the following construction
8826 @smallexample
8827 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
8828 @end smallexample
8830 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
8831 Functional unit names and reservation names are in the same name
8832 space.  So the reservation names should be different from the
8833 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
8835 @findex define_bypass
8836 @cindex instruction latency time
8837 @cindex data bypass
8838 The following construction is used to describe exceptions in the
8839 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
8841 @smallexample
8842 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
8843                [@var{guard}])
8844 @end smallexample
8846 @var{number} defines when the result generated by the instructions
8847 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
8848 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
8849 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
8850 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
8851 For example:
8852 @smallexample
8853 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
8854 @end smallexample
8855 defines a bypass between instructions that start with
8856 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
8857 @samp{cpu1_load_}.
8859 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
8860 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
8861 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
8862 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
8863 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
8864 of insn @samp{store} (not a stored value).
8866 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
8867 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
8868 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
8869 bypass without the guard function is chosen.
8871 @findex exclusion_set
8872 @findex presence_set
8873 @findex final_presence_set
8874 @findex absence_set
8875 @findex final_absence_set
8876 @cindex VLIW
8877 @cindex RISC
8878 The following five constructions are usually used to describe
8879 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
8880 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
8881 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
8883 @smallexample
8884 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
8885 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8886 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8887 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8888 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8889 @end smallexample
8891 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
8892 separated by commas.
8894 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
8895 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
8896 separated by white-spaces.
8898 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
8899 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
8900 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
8901 example, the construction is useful for describing processors
8902 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
8903 functional unit which can execute simultaneously only single floating
8904 point insns or only double floating point insns.
8906 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
8907 functional unit in the first string can not be reserved unless at
8908 least one of pattern of units whose names are in the second string is
8909 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
8910 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
8911 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
8912 construction
8914 @smallexample
8915 (presence_set "slot1" "slot0")
8916 @end smallexample
8918 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8919 reservation.  In this case we could write
8921 @smallexample
8922 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
8923 @end smallexample
8925 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
8926 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
8927 done.  When an instruction is issued in given automaton state
8928 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
8929 state is changed.  The first state is a source state, the second one
8930 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
8931 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
8932 done on the result reservation.  This construction is useful to
8933 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
8934 For example, if we use
8936 @smallexample
8937 (presence_set "slot1" "slot0")
8938 @end smallexample
8940 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
8941 @samp{slot0} which is absent in the source state).
8943 @smallexample
8944 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
8945 @end smallexample
8947 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
8949 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
8950 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
8951 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
8952 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
8953 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
8954 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
8955 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
8956 can be described as:
8958 @smallexample
8959 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
8960 @end smallexample
8962 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8963 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
8964 this case we could write
8966 @smallexample
8967 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
8968 @end smallexample
8970 All functional units mentioned in a set should belong to the same
8971 automaton.
8973 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
8974 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
8975 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
8977 @findex automata_option
8978 @cindex deterministic finite state automaton
8979 @cindex nondeterministic finite state automaton
8980 @cindex finite state automaton minimization
8981 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
8982 the following construction.
8984 @smallexample
8985 (automata_option @var{options})
8986 @end smallexample
8988 @var{options} is a string giving options which affect the generated
8989 code.  Currently there are the following options:
8991 @itemize @bullet
8992 @item
8993 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
8994 only worth to do when we are debugging the description and need to
8995 look more accurately at reservations of states.
8997 @item
8998 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
8999 automata.
9001 @item
9002 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
9003 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
9005 @item
9006 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
9007 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
9008 verification and debugging.
9010 @item
9011 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
9012 non-critical errors.
9014 @item
9015 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
9016 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
9017 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
9018 very expensive to construct.  This option is useful if the build
9019 process spends an unacceptably long time in genautomata.
9021 @item
9022 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
9023 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
9024 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
9025 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
9026 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
9027 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
9029 @item
9030 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behaviour of the generator when
9031 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
9032 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
9033 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
9034 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
9035 available only for these collapsed states.  This option is useful for
9036 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
9037 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
9039 @item
9040 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
9041 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
9042 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
9043 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
9044 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
9045 huge automaton.
9046 @end itemize
9048 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
9049 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
9050 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
9051 the following functional units.
9053 @smallexample
9054 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
9055 (define_cpu_unit "port0, port1")
9056 @end smallexample
9058 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
9059 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
9060 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
9061 are issued into the second pipeline.  Integer division and
9062 multiplication insns can be executed only in the second integer
9063 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
9064 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
9065 integer division insn can not be issued until the current division
9066 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
9067 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
9068 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
9069 incurred.  To describe all of this we could specify
9071 @smallexample
9072 (define_cpu_unit "div")
9074 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9075                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
9077 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
9078                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
9080 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
9081                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
9083 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
9084                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
9086 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
9087 @end smallexample
9089 To simplify the description we could describe the following reservation
9091 @smallexample
9092 (define_reservation "finish" "port0|port1")
9093 @end smallexample
9095 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
9096 construction
9098 @smallexample
9099 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
9100                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
9101 @end smallexample
9104 @end ifset
9105 @ifset INTERNALS
9106 @node Conditional Execution
9107 @section Conditional Execution
9108 @cindex conditional execution
9109 @cindex predication
9111 A number of architectures provide for some form of conditional
9112 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
9113 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
9114 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
9115 can be quite tedious to describe these forms directly in the
9116 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
9118 @findex define_cond_exec
9119 @smallexample
9120 (define_cond_exec
9121   [@var{predicate-pattern}]
9122   "@var{condition}"
9123   "@var{output-template}"
9124   "@var{optional-insn-attribues}")
9125 @end smallexample
9127 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
9128 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
9129 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
9130 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
9131 alternative.
9133 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
9134 pattern to match.
9136 @findex current_insn_predicate
9137 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
9138 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
9139 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
9140 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
9141 In order to handle the general case, there is a global variable
9142 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
9143 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
9145 @var{optional-insn-attributes} is an optional vector of attributes that gets
9146 appended to the insn attributes of the produced cond_exec rtx. It can
9147 be used to add some distinguishing attribute to cond_exec rtxs produced
9148 that way. An example usage would be to use this attribute in conjunction
9149 with attributes on the main pattern to disable particular alternatives under
9150 certain conditions.
9152 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
9153 the @code{predicable} instruction attribute is made.
9154 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
9155 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
9156 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
9157 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
9158 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
9159 list of values.  If that is the case, the port should also define an
9160 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
9161 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
9163 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
9164 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
9165 generated that matches a predicated version of the instruction.
9166 For example,
9168 @smallexample
9169 (define_insn "addsi"
9170   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9171         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9172                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9173   "@var{test1}"
9174   "add %2,%1,%0")
9176 (define_cond_exec
9177   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
9178        (const_int 0))]
9179   "@var{test2}"
9180   "(%0)")
9181 @end smallexample
9183 @noindent
9184 generates a new pattern
9186 @smallexample
9187 (define_insn ""
9188   [(cond_exec
9189      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
9190      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
9191           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9192                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
9193   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
9194   "(%3) add %2,%1,%0")
9195 @end smallexample
9197 @end ifset
9198 @ifset INTERNALS
9199 @node Define Subst
9200 @section RTL Templates Transformations
9201 @cindex define_subst
9203 For some hardware architectures there are common cases when the RTL
9204 templates for the instructions can be derived from the other RTL
9205 templates using simple transformations.  E.g., @file{i386.md} contains
9206 an RTL template for the ordinary @code{sub} instruction---
9207 @code{*subsi_1}, and for the @code{sub} instruction with subsequent
9208 zero-extension---@code{*subsi_1_zext}.  Such cases can be easily
9209 implemented by a single meta-template capable of generating a modified
9210 case based on the initial one:
9212 @findex define_subst
9213 @smallexample
9214 (define_subst "@var{name}"
9215   [@var{input-template}]
9216   "@var{condition}"
9217   [@var{output-template}])
9218 @end smallexample
9219 @var{input-template} is a pattern describing the source RTL template,
9220 which will be transformed.
9222 @var{condition} is a C expression that is conjunct with the condition
9223 from the input-template to generate a condition to be used in the
9224 output-template.
9226 @var{output-template} is a pattern that will be used in the resulting
9227 template.
9229 @code{define_subst} mechanism is tightly coupled with the notion of the
9230 subst attribute (@pxref{Subst Iterators}).  The use of
9231 @code{define_subst} is triggered by a reference to a subst attribute in
9232 the transforming RTL template.  This reference initiates duplication of
9233 the source RTL template and substitution of the attributes with their
9234 values.  The source RTL template is left unchanged, while the copy is
9235 transformed by @code{define_subst}.  This transformation can fail in the
9236 case when the source RTL template is not matched against the
9237 input-template of the @code{define_subst}.  In such case the copy is
9238 deleted.
9240 @code{define_subst} can be used only in @code{define_insn} and
9241 @code{define_expand}, it cannot be used in other expressions (e.g. in
9242 @code{define_insn_and_split}).
9244 @menu
9245 * Define Subst Example::            Example of @code{define_subst} work.
9246 * Define Subst Pattern Matching::   Process of template comparison.
9247 * Define Subst Output Template::    Generation of output template.
9248 @end menu
9250 @node Define Subst Example
9251 @subsection @code{define_subst} Example
9252 @cindex define_subst
9254 To illustrate how @code{define_subst} works, let us examine a simple
9255 template transformation.
9257 Suppose there are two kinds of instructions: one that touches flags and
9258 the other that does not.  The instructions of the second type could be
9259 generated with the following @code{define_subst}:
9261 @smallexample
9262 (define_subst "add_clobber_subst"
9263   [(set (match_operand:SI 0 "" "")
9264         (match_operand:SI 1 "" ""))]
9265   ""
9266   [(set (match_dup 0)
9267         (match_dup 1))
9268    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9269 @end smallexample
9271 This @code{define_subst} can be applied to any RTL pattern containing
9272 @code{set} of mode SI and generates a copy with clobber when it is
9273 applied.
9275 Assume there is an RTL template for a @code{max} instruction to be used
9276 in @code{define_subst} mentioned above:
9278 @smallexample
9279 (define_insn "maxsi"
9280   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9281         (max:SI
9282           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9283           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9284   ""
9285   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9286  [@dots{}])
9287 @end smallexample
9289 To mark the RTL template for @code{define_subst} application,
9290 subst-attributes are used.  They should be declared in advance:
9292 @smallexample
9293 (define_subst_attr "add_clobber_name" "add_clobber_subst" "_noclobber" "_clobber")
9294 @end smallexample
9296 Here @samp{add_clobber_name} is the attribute name,
9297 @samp{add_clobber_subst} is the name of the corresponding
9298 @code{define_subst}, the third argument (@samp{_noclobber}) is the
9299 attribute value that would be substituted into the unchanged version of
9300 the source RTL template, and the last argument (@samp{_clobber}) is the
9301 value that would be substituted into the second, transformed,
9302 version of the RTL template.
9304 Once the subst-attribute has been defined, it should be used in RTL
9305 templates which need to be processed by the @code{define_subst}.  So,
9306 the original RTL template should be changed:
9308 @smallexample
9309 (define_insn "maxsi<add_clobber_name>"
9310   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9311         (max:SI
9312           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9313           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9314   ""
9315   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9316  [@dots{}])
9317 @end smallexample
9319 The result of the @code{define_subst} usage would look like the following:
9321 @smallexample
9322 (define_insn "maxsi_noclobber"
9323   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9324         (max:SI
9325           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9326           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
9327   ""
9328   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9329  [@dots{}])
9330 (define_insn "maxsi_clobber"
9331   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
9332         (max:SI
9333           (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
9334           (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))
9335    (clobber (reg:CC FLAGS_REG))]
9336   ""
9337   "max\t@{%2, %1, %0|%0, %1, %2@}"
9338  [@dots{}])
9339 @end smallexample
9341 @node Define Subst Pattern Matching
9342 @subsection Pattern Matching in @code{define_subst}
9343 @cindex define_subst
9345 All expressions, allowed in @code{define_insn} or @code{define_expand},
9346 are allowed in the input-template of @code{define_subst}, except
9347 @code{match_par_dup}, @code{match_scratch}, @code{match_parallel}. The
9348 meanings of expressions in the input-template were changed:
9350 @code{match_operand} matches any expression (possibly, a subtree in
9351 RTL-template), if modes of the @code{match_operand} and this expression
9352 are the same, or mode of the @code{match_operand} is @code{VOIDmode}, or
9353 this expression is @code{match_dup}, @code{match_op_dup}.  If the
9354 expression is @code{match_operand} too, and predicate of
9355 @code{match_operand} from the input pattern is not empty, then the
9356 predicates are compared.  That can be used for more accurate filtering
9357 of accepted RTL-templates.
9359 @code{match_operator} matches common operators (like @code{plus},
9360 @code{minus}), @code{unspec}, @code{unspec_volatile} operators and
9361 @code{match_operator}s from the original pattern if the modes match and
9362 @code{match_operator} from the input pattern has the same number of
9363 operands as the operator from the original pattern.
9365 @node Define Subst Output Template
9366 @subsection Generation of output template in @code{define_subst}
9367 @cindex define_subst
9369 If all necessary checks for @code{define_subst} application pass, a new
9370 RTL-pattern, based on the output-template, is created to replace the old
9371 template.  Like in input-patterns, meanings of some RTL expressions are
9372 changed when they are used in output-patterns of a @code{define_subst}.
9373 Thus, @code{match_dup} is used for copying the whole expression from the
9374 original pattern, which matched corresponding @code{match_operand} from
9375 the input pattern.
9377 @code{match_dup N} is used in the output template to be replaced with
9378 the expression from the original pattern, which matched
9379 @code{match_operand N} from the input pattern.  As a consequence,
9380 @code{match_dup} cannot be used to point to @code{match_operand}s from
9381 the output pattern, it should always refer to a @code{match_operand}
9382 from the input pattern.
9384 In the output template one can refer to the expressions from the
9385 original pattern and create new ones.  For instance, some operands could
9386 be added by means of standard @code{match_operand}.
9388 After replacing @code{match_dup} with some RTL-subtree from the original
9389 pattern, it could happen that several @code{match_operand}s in the
9390 output pattern have the same indexes.  It is unknown, how many and what
9391 indexes would be used in the expression which would replace
9392 @code{match_dup}, so such conflicts in indexes are inevitable.  To
9393 overcome this issue, @code{match_operands} and @code{match_operators},
9394 which were introduced into the output pattern, are renumerated when all
9395 @code{match_dup}s are replaced.
9397 Number of alternatives in @code{match_operand}s introduced into the
9398 output template @code{M} could differ from the number of alternatives in
9399 the original pattern @code{N}, so in the resultant pattern there would
9400 be @code{N*M} alternatives.  Thus, constraints from the original pattern
9401 would be duplicated @code{N} times, constraints from the output pattern
9402 would be duplicated @code{M} times, producing all possible combinations.
9403 @end ifset
9405 @ifset INTERNALS
9406 @node Constant Definitions
9407 @section Constant Definitions
9408 @cindex constant definitions
9409 @findex define_constants
9411 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
9412 can be a maintenance problem.
9414 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
9415 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
9416 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
9417 if the corresponding value had been written instead.  You may use
9418 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
9419 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
9420 a different value.
9422 To come back to the a29k load multiple example, instead of
9424 @smallexample
9425 (define_insn ""
9426   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9427      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9428            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9429       (use (reg:SI 179))
9430       (clobber (reg:SI 179))])]
9431   ""
9432   "loadm 0,0,%1,%2")
9433 @end smallexample
9435 You could write:
9437 @smallexample
9438 (define_constants [
9439     (R_BP 177)
9440     (R_FC 178)
9441     (R_CR 179)
9442     (R_Q  180)
9445 (define_insn ""
9446   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
9447      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
9448            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
9449       (use (reg:SI R_CR))
9450       (clobber (reg:SI R_CR))])]
9451   ""
9452   "loadm 0,0,%1,%2")
9453 @end smallexample
9455 The constants that are defined with a define_constant are also output
9456 in the insn-codes.h header file as #defines.
9458 @cindex enumerations
9459 @findex define_c_enum
9460 You can also use the machine description file to define enumerations.
9461 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
9462 are visible to both the machine description file and the main C code.
9464 The syntax is as follows:
9466 @smallexample
9467 (define_c_enum "@var{name}" [
9468   @var{value0}
9469   @var{value1}
9470   @dots{}
9471   @var{valuen}
9473 @end smallexample
9475 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
9476 in @file{insn-constants.h}:
9478 @smallexample
9479 enum @var{name} @{
9480   @var{value0} = 0,
9481   @var{value1} = 1,
9482   @dots{}
9483   @var{valuen} = @var{n}
9485 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
9486 @end smallexample
9488 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
9489 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
9490 file, just as if it had been declared with:
9492 @smallexample
9493 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
9494 @end smallexample
9496 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
9497 begins with @var{cname}.
9499 You can split the enumeration definition into as many statements as
9500 you like.  The above example is directly equivalent to:
9502 @smallexample
9503 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
9504 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
9505 @dots{}
9506 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
9507 @end smallexample
9509 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
9510 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
9511 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
9512 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
9513 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
9515 Some enumeration names have special significance to GCC:
9517 @table @code
9518 @item unspecv
9519 @findex unspec_volatile
9520 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
9521 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
9523 @smallexample
9524 (define_c_enum "unspecv" [
9525   UNSPECV_BLOCKAGE
9527 @end smallexample
9529 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
9531 @smallexample
9532 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
9533 @end smallexample
9535 @item unspec
9536 @findex unspec
9537 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
9538 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
9539 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
9540 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
9541 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
9542 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
9543 for both.
9544 @end table
9546 @findex define_enum
9547 @anchor{define_enum}
9548 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
9550 @smallexample
9551 (define_enum "@var{name}" [
9552   @var{value0}
9553   @var{value1}
9554   @dots{}
9555   @var{valuen}
9557 @end smallexample
9559 This directive implies:
9561 @smallexample
9562 (define_c_enum "@var{name}" [
9563   @var{cname}_@var{cvalue0}
9564   @var{cname}_@var{cvalue1}
9565   @dots{}
9566   @var{cname}_@var{cvaluen}
9568 @end smallexample
9570 @findex define_enum_attr
9571 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
9572 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
9573 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
9574 (@pxref{define_enum_attr}).
9575 @end ifset
9576 @ifset INTERNALS
9577 @node Iterators
9578 @section Iterators
9579 @cindex iterators in @file{.md} files
9581 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
9582 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
9583 facilities to make this process easier.
9585 @menu
9586 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
9587 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
9588 * Int Iterators::          Doing the same for integers.
9589 * Subst Iterators::        Generating variations of patterns for define_subst.
9590 @end menu
9592 @node Mode Iterators
9593 @subsection Mode Iterators
9594 @cindex mode iterators in @file{.md} files
9596 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
9597 For example:
9599 @itemize @bullet
9600 @item
9601 If a processor has hardware support for both single and double
9602 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
9603 very similar to the @code{DFmode} ones.
9605 @item
9606 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
9607 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
9608 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
9609 @end itemize
9611 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
9612 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
9613 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
9614 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
9616 @menu
9617 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
9618 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
9619 * Examples::                Examples
9620 @end menu
9622 @node Defining Mode Iterators
9623 @subsubsection Defining Mode Iterators
9624 @findex define_mode_iterator
9626 The syntax for defining a mode iterator is:
9628 @smallexample
9629 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
9630 @end smallexample
9632 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
9633 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
9634 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
9635 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
9636 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
9637 C condition will also require that @var{condi} be true.
9639 For example:
9641 @smallexample
9642 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9643 @end smallexample
9645 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
9646 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
9647 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
9648 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
9649 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
9651 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
9652 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
9653 to @code{@var{mode}}.  For example:
9655 @smallexample
9656 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9657 @end smallexample
9659 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
9660 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
9662 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
9663 significant if two iterators are used in a construct that requires
9664 substitutions.  @xref{Substitutions}.
9666 @node Substitutions
9667 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
9668 @findex define_mode_attr
9670 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
9671 construct will often need slightly different strings or modes.  For
9672 example:
9674 @itemize @bullet
9675 @item
9676 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
9677 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
9678 appropriate mode name for @var{m}.
9680 @item
9681 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
9682 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
9684 @item
9685 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
9686 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
9687 mode for the other operand(s).
9688 @end itemize
9690 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
9691 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
9692 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
9693 upper case.  You can define other attributes using:
9695 @smallexample
9696 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
9697 @end smallexample
9699 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
9700 is the value associated with @var{modei}.
9702 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
9703 each string and mode in the pattern for sequences of the form
9704 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
9705 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
9706 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
9707 value.
9709 For example, suppose an @file{.md} file has:
9711 @smallexample
9712 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
9713 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
9714 @end smallexample
9716 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
9717 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
9718 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
9719 @code{"ld\t%0,%1"}.
9721 Here is an example of using an attribute for a mode:
9723 @smallexample
9724 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
9725 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
9726 (define_insn @dots{}
9727   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
9728 @end smallexample
9730 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
9731 substitution will be attempted for every iterator expansion.
9733 @node Examples
9734 @subsubsection Mode Iterator Examples
9736 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
9737 modes and attributes (among others):
9739 @smallexample
9740 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
9741 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
9742 @end smallexample
9744 and uses the following template to define both @code{subsi3}
9745 and @code{subdi3}:
9747 @smallexample
9748 (define_insn "sub<mode>3"
9749   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
9750         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
9751                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
9752   ""
9753   "<d>subu\t%0,%1,%2"
9754   [(set_attr "type" "arith")
9755    (set_attr "mode" "<MODE>")])
9756 @end smallexample
9758 This is exactly equivalent to:
9760 @smallexample
9761 (define_insn "subsi3"
9762   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
9763         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
9764                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
9765   ""
9766   "subu\t%0,%1,%2"
9767   [(set_attr "type" "arith")
9768    (set_attr "mode" "SI")])
9770 (define_insn "subdi3"
9771   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
9772         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
9773                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
9774   ""
9775   "dsubu\t%0,%1,%2"
9776   [(set_attr "type" "arith")
9777    (set_attr "mode" "DI")])
9778 @end smallexample
9780 @node Code Iterators
9781 @subsection Code Iterators
9782 @cindex code iterators in @file{.md} files
9783 @findex define_code_iterator
9784 @findex define_code_attr
9786 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
9788 The construct:
9790 @smallexample
9791 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
9792 @end smallexample
9794 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
9795 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
9796 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
9798 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9799 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9800 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
9801 @xref{Defining Mode Iterators}.
9803 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
9804 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
9805 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
9806 Other attributes are defined using:
9808 @smallexample
9809 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
9810 @end smallexample
9812 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
9814 @smallexample
9815 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
9816                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
9818 (define_expand "b<code>"
9819   [(set (pc)
9820         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
9821                                    (const_int 0))
9822                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9823                       (pc)))]
9824   ""
9826   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
9827   DONE;
9829 @end smallexample
9831 This is equivalent to:
9833 @smallexample
9834 (define_expand "bunordered"
9835   [(set (pc)
9836         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
9837                                     (const_int 0))
9838                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9839                       (pc)))]
9840   ""
9842   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
9843   DONE;
9846 (define_expand "bordered"
9847   [(set (pc)
9848         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
9849                                   (const_int 0))
9850                       (label_ref (match_operand 0 ""))
9851                       (pc)))]
9852   ""
9854   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
9855   DONE;
9858 @dots{}
9859 @end smallexample
9861 @node Int Iterators
9862 @subsection Int Iterators
9863 @cindex int iterators in @file{.md} files
9864 @findex define_int_iterator
9865 @findex define_int_attr
9867 Int iterators operate in a similar way to code iterators.  @xref{Code Iterators}.
9869 The construct:
9871 @smallexample
9872 (define_int_iterator @var{name} [(@var{int1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{intn} "@var{condn}")])
9873 @end smallexample
9875 defines a pseudo integer constant @var{name} that can be instantiated as
9876 @var{inti} if condition @var{condi} is true.  Each @var{int}
9877 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}. Int iterators can appear
9878 in only those rtx fields that have 'i' as the specifier. This means that
9879 each @var{int} has to be a constant defined using define_constant or
9880 define_c_enum.
9882 As with mode and code iterators, each pattern that uses @var{name} will be
9883 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
9884 @var{int1}, once with all uses replaced by @var{int2}, and so on.
9885 @xref{Defining Mode Iterators}.
9887 It is possible to define attributes for ints as well as for codes and modes.
9888 Attributes are defined using:
9890 @smallexample
9891 (define_int_attr @var{name} [(@var{int1} "@var{value1}") @dots{} (@var{intn} "@var{valuen}")])
9892 @end smallexample
9894 Here's an example of int iterators in action, taken from the ARM port:
9896 @smallexample
9897 (define_int_iterator QABSNEG [UNSPEC_VQABS UNSPEC_VQNEG])
9899 (define_int_attr absneg [(UNSPEC_VQABS "abs") (UNSPEC_VQNEG "neg")])
9901 (define_insn "neon_vq<absneg><mode>"
9902   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9903         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9904                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9905                       QABSNEG))]
9906   "TARGET_NEON"
9907   "vq<absneg>.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9908   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9911 @end smallexample
9913 This is equivalent to:
9915 @smallexample
9916 (define_insn "neon_vqabs<mode>"
9917   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9918         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9919                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9920                       UNSPEC_VQABS))]
9921   "TARGET_NEON"
9922   "vqabs.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9923   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9926 (define_insn "neon_vqneg<mode>"
9927   [(set (match_operand:VDQIW 0 "s_register_operand" "=w")
9928         (unspec:VDQIW [(match_operand:VDQIW 1 "s_register_operand" "w")
9929                        (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "i")]
9930                       UNSPEC_VQNEG))]
9931   "TARGET_NEON"
9932   "vqneg.<V_s_elem>\t%<V_reg>0, %<V_reg>1"
9933   [(set_attr "type" "neon_vqneg_vqabs")]
9936 @end smallexample
9938 @node Subst Iterators
9939 @subsection Subst Iterators
9940 @cindex subst iterators in @file{.md} files
9941 @findex define_subst
9942 @findex define_subst_attr
9944 Subst iterators are special type of iterators with the following
9945 restrictions: they could not be declared explicitly, they always have
9946 only two values, and they do not have explicit dedicated name.
9947 Subst-iterators are triggered only when corresponding subst-attribute is
9948 used in RTL-pattern.
9950 Subst iterators transform templates in the following way: the templates
9951 are duplicated, the subst-attributes in these templates are replaced
9952 with the corresponding values, and a new attribute is implicitly added
9953 to the given @code{define_insn}/@code{define_expand}.  The name of the
9954 added attribute matches the name of @code{define_subst}.  Such
9955 attributes are declared implicitly, and it is not allowed to have a
9956 @code{define_attr} named as a @code{define_subst}.
9958 Each subst iterator is linked to a @code{define_subst}.  It is declared
9959 implicitly by the first appearance of the corresponding
9960 @code{define_subst_attr}, and it is not allowed to define it explicitly.
9962 Declarations of subst-attributes have the following syntax:
9964 @findex define_subst_attr
9965 @smallexample
9966 (define_subst_attr "@var{name}"
9967   "@var{subst-name}"
9968   "@var{no-subst-value}"
9969   "@var{subst-applied-value}")
9970 @end smallexample
9972 @var{name} is a string with which the given subst-attribute could be
9973 referred to.
9975 @var{subst-name} shows which @code{define_subst} should be applied to an
9976 RTL-template if the given subst-attribute is present in the
9977 RTL-template.
9979 @var{no-subst-value} is a value with which subst-attribute would be
9980 replaced in the first copy of the original RTL-template.
9982 @var{subst-applied-value} is a value with which subst-attribute would be
9983 replaced in the second copy of the original RTL-template.
9985 @end ifset