2010-07-27 Paolo Carlini <paolo.carlini@oracle.com>
[official-gcc/alias-decl.git] / gcc / doc / md.texi
blob211fdcb8635829fad8f7f0631a484a6dcaed10f1
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
21 See the next chapter for information on the C header file.
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
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 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
779 @noindent
780 means exactly what
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
999 @end group
1000 @end smallexample
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1776 @end table
1778 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1779 @table @code
1781 @item b
1782 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1784 @item l
1785 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1787 @item h
1788 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1790 @item k
1791 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1793 @item I
1794 Constant that fits in 3 bits
1796 @item J
1797 Constant that fits in 4 bits
1799 @item K
1800 Constant that fits in 5 bits
1802 @item L
1803 Constant that is one of @minus{}1, 4, @minus{}4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1805 @item G
1806 Floating point constant that is legal for store immediate
1807 @end table
1809 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1810 @table @code
1811 @item a
1812 General register 1
1814 @item f
1815 Floating point register
1817 @item q
1818 Shift amount register
1820 @item x
1821 Floating point register (deprecated)
1823 @item y
1824 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1826 @item Z
1827 Any register
1829 @item I
1830 Signed 11-bit integer constant
1832 @item J
1833 Signed 14-bit integer constant
1835 @item K
1836 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1838 @item L
1839 Signed 5-bit integer constant
1841 @item M
1842 Integer constant 0
1844 @item N
1845 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1847 @item O
1848 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1850 @item P
1851 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1852 and @code{extru} instructions
1854 @item S
1855 Integer constant 31
1857 @item U
1858 Integer constant 63
1860 @item G
1861 Floating-point constant 0.0
1863 @item A
1864 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1866 @item Q
1867 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1868 integer store instruction
1870 @item R
1871 A scaled or unscaled indexed memory operand
1873 @item T
1874 A memory operand for floating-point loads and stores
1876 @item W
1877 A register indirect memory operand
1878 @end table
1880 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1881 @table @code
1882 @item k
1883 Stack register.
1885 @item f
1886 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1887 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1888 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1889 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1890 size.
1892 @item t
1893 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1894 register to create a 32-bit register.
1896 @item a
1897 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1898 constant + offset).
1900 @item I
1901 4-bit signed integer.
1903 @item J
1904 4-bit unsigned integer.
1906 @item K
1907 8-bit signed integer.
1909 @item M
1910 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1912 @item N
1913 10-bit signed integer
1915 @item O
1916 16-bit signed integer.
1918 @end table
1920 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1921 @table @code
1922 @item b
1923 Address base register
1925 @item d
1926 Floating point register (containing 64-bit value)
1928 @item f
1929 Floating point register (containing 32-bit value)
1931 @item v
1932 Altivec vector register
1934 @item wd
1935 VSX vector register to hold vector double data
1937 @item wf
1938 VSX vector register to hold vector float data
1940 @item ws
1941 VSX vector register to hold scalar float data
1943 @item wa
1944 Any VSX register
1946 @item h
1947 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1949 @item q
1950 @samp{MQ} register
1952 @item c
1953 @samp{CTR} register
1955 @item l
1956 @samp{LINK} register
1958 @item x
1959 @samp{CR} register (condition register) number 0
1961 @item y
1962 @samp{CR} register (condition register)
1964 @item z
1965 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
1967 @item I
1968 Signed 16-bit constant
1970 @item J
1971 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1972 @code{SImode} constants)
1974 @item K
1975 Unsigned 16-bit constant
1977 @item L
1978 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1980 @item M
1981 Constant larger than 31
1983 @item N
1984 Exact power of 2
1986 @item O
1987 Zero
1989 @item P
1990 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1992 @item G
1993 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1994 instruction per word
1996 @item H
1997 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1998 three instructions
2000 @item m
2001 Memory operand.  Note that on PowerPC targets, @code{m} can include
2002 addresses that update the base register.  It is therefore only safe
2003 to use @samp{m} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2004 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2005 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2006 corresponding load or store instruction.  For example:
2008 @smallexample
2009 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m" (mem) : "r" (val));
2010 @end smallexample
2012 is correct but:
2014 @smallexample
2015 asm ("st %1,%0" : "=m" (mem) : "r" (val));
2016 @end smallexample
2018 is not.  Use @code{es} rather than @code{m} if you don't want the
2019 base register to be updated.
2021 @item es
2022 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2023 automodification of the base register.  Unlike @samp{m}, this constraint
2024 can be used in @code{asm} statements that might access the operand
2025 several times, or that might not access it at all.
2027 @item Q
2028 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2029 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2031 @item Z
2032 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2033 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2035 @item R
2036 AIX TOC entry
2038 @item a
2039 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2040 preferable for @code{asm} statements)
2042 @item S
2043 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2045 @item T
2046 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2048 @item U
2049 System V Release 4 small data area reference
2051 @item t
2052 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2054 @item W
2055 Vector constant that does not require memory
2057 @item j
2058 Vector constant that is all zeros.
2060 @end table
2062 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2063 @table @code
2064 @item R
2065 Legacy register---the eight integer registers available on all
2066 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2067 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2069 @item q
2070 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2071 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2073 @item Q
2074 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2075 @code{c}, and @code{d}.
2077 @ifset INTERNALS
2078 @item l
2079 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2080 access: that is, any general register except the stack pointer.
2081 @end ifset
2083 @item a
2084 The @code{a} register.
2086 @item b
2087 The @code{b} register.
2089 @item c
2090 The @code{c} register.
2092 @item d
2093 The @code{d} register.
2095 @item S
2096 The @code{si} register.
2098 @item D
2099 The @code{di} register.
2101 @item A
2102 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2103 return half the result in one and half in the other).
2105 @item f
2106 Any 80387 floating-point (stack) register.
2108 @item t
2109 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2111 @item u
2112 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2114 @item y
2115 Any MMX register.
2117 @item x
2118 Any SSE register.
2120 @item Yz
2121 First SSE register (@code{%xmm0}).
2123 @ifset INTERNALS
2124 @item Y2
2125 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2127 @item Yi
2128 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2130 @item Ym
2131 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2132 @end ifset
2134 @item I
2135 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2137 @item J
2138 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2140 @item K
2141 Signed 8-bit integer constant.
2143 @item L
2144 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2146 @item M
2147 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2149 @item N
2150 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2151 instructions).
2153 @ifset INTERNALS
2154 @item O
2155 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2156 @end ifset
2158 @item G
2159 Standard 80387 floating point constant.
2161 @item C
2162 Standard SSE floating point constant.
2164 @item e
2165 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2166 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2167 instructions).
2169 @item Z
2170 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2171 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2172 instructions).
2174 @end table
2176 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2177 @table @code
2178 @item a
2179 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2181 @item b
2182 Branch register
2184 @item c
2185 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2187 @item d
2188 Application register residing in M-unit
2190 @item e
2191 Application register residing in I-unit
2193 @item f
2194 Floating-point register
2196 @item m
2197 Memory operand.
2198 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2199 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2200 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2202 @item G
2203 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2205 @item I
2206 14-bit signed integer constant
2208 @item J
2209 22-bit signed integer constant
2211 @item K
2212 8-bit signed integer constant for logical instructions
2214 @item L
2215 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2217 @item M
2218 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2220 @item N
2221 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2223 @item O
2224 The constant zero
2226 @item P
2227 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2229 @item Q
2230 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2232 @item R
2233 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2235 @item S
2236 Memory operand except postincrement and postdecrement
2237 @end table
2239 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2240 @table @code
2241 @item a
2242 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2244 @item b
2245 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2247 @item c
2248 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2249 @code{icc0} to @code{icc3}).
2251 @item d
2252 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2254 @item e
2255 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2256 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2257 mode larger than 4 bytes.
2259 @item f
2260 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2262 @item h
2263 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2264 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2265 mode larger than 4 bytes.
2267 @item l
2268 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2270 @item q
2271 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2272 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2273 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2275 @item t
2276 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2278 @item u
2279 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2281 @item v
2282 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2284 @item w
2285 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2287 @item x
2288 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2289 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2290 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2292 @item z
2293 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2295 @item A
2296 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2298 @item B
2299 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2301 @item C
2302 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2304 @item G
2305 Floating point constant zero
2307 @item I
2308 6-bit signed integer constant
2310 @item J
2311 10-bit signed integer constant
2313 @item L
2314 16-bit signed integer constant
2316 @item M
2317 16-bit unsigned integer constant
2319 @item N
2320 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2321 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2323 @item O
2324 Constant zero
2326 @item P
2327 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2328 range of 1 to 2047.
2330 @end table
2332 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2333 @table @code
2334 @item a
2335 P register
2337 @item d
2338 D register
2340 @item z
2341 A call clobbered P register.
2343 @item q@var{n}
2344 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2345 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2347 @item D
2348 Even-numbered D register
2350 @item W
2351 Odd-numbered D register
2353 @item e
2354 Accumulator register.
2356 @item A
2357 Even-numbered accumulator register.
2359 @item B
2360 Odd-numbered accumulator register.
2362 @item b
2363 I register
2365 @item v
2366 B register
2368 @item f
2369 M register
2371 @item c
2372 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2374 @item C
2375 The CC register.
2377 @item t
2378 LT0 or LT1.
2380 @item k
2381 LC0 or LC1.
2383 @item u
2384 LB0 or LB1.
2386 @item x
2387 Any D, P, B, M, I or L register.
2389 @item y
2390 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2391 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2393 @item w
2394 Any register except accumulators or CC.
2396 @item Ksh
2397 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2399 @item Kuh
2400 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2402 @item Ks7
2403 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2405 @item Ku7
2406 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2408 @item Ku5
2409 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2411 @item Ks4
2412 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2414 @item Ks3
2415 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2417 @item Ku3
2418 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2420 @item P@var{n}
2421 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2423 @item PA
2424 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2425 use with either accumulator.
2427 @item PB
2428 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2429 use only with accumulator A1.
2431 @item M1
2432 Constant 255.
2434 @item M2
2435 Constant 65535.
2437 @item J
2438 An integer constant with exactly a single bit set.
2440 @item L
2441 An integer constant with all bits set except exactly one.
2443 @item H
2445 @item Q
2446 Any SYMBOL_REF.
2447 @end table
2449 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2450 @table @code
2451 @item Rsp
2452 @itemx Rfb
2453 @itemx Rsb
2454 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2456 @item Rcr
2457 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2458 registers are 24 bits wide)
2460 @item Rcl
2461 Any control register, when they're 24 bits wide.
2463 @item R0w
2464 @itemx R1w
2465 @itemx R2w
2466 @itemx R3w
2467 $r0, $r1, $r2, $r3.
2469 @item R02
2470 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2472 @item R13
2473 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2475 @item Rdi
2476 A register that can hold a 64 bit value.
2478 @item Rhl
2479 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2481 @item R23
2482 $r2 or $r3
2484 @item Raa
2485 Address registers
2487 @item Raw
2488 Address registers when they're 16 bits wide.
2490 @item Ral
2491 Address registers when they're 24 bits wide.
2493 @item Rqi
2494 Registers that can hold QI values.
2496 @item Rad
2497 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2499 @item Rsi
2500 Registers that can hold 32 bit values.
2502 @item Rhi
2503 Registers that can hold 16 bit values.
2505 @item Rhc
2506 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2507 registers.
2509 @item Rra
2510 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2512 @item Rfl
2513 The flags register.
2515 @item Rmm
2516 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2518 @item Rpi
2519 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2520 bit registers for m32cm, m32c).
2522 @item Rpa
2523 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2524 Used to match function return values.
2526 @item Is3
2527 @minus{}8 @dots{} 7
2529 @item IS1
2530 @minus{}128 @dots{} 127
2532 @item IS2
2533 @minus{}32768 @dots{} 32767
2535 @item IU2
2536 0 @dots{} 65535
2538 @item In4
2539 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2541 @item In5
2542 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2544 @item In6
2545 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2547 @item IM2
2548 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2550 @item Ilb
2551 An 8 bit value with exactly one bit set.
2553 @item Ilw
2554 A 16 bit value with exactly one bit set.
2556 @item Sd
2557 The common src/dest memory addressing modes.
2559 @item Sa
2560 Memory addressed using $a0 or $a1.
2562 @item Si
2563 Memory addressed with immediate addresses.
2565 @item Ss
2566 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2568 @item Sf
2569 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2571 @item Ss
2572 Memory addressed using the small base register ($sb).
2574 @item S1
2575 $r1h
2576 @end table
2578 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2579 @table @code
2581 @item a
2582 The $sp register.
2584 @item b
2585 The $tp register.
2587 @item c
2588 Any control register.
2590 @item d
2591 Either the $hi or the $lo register.
2593 @item em
2594 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2596 @item ex
2597 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2599 @item er
2600 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2602 @item h
2603 The $hi register.
2605 @item j
2606 The $rpc register.
2608 @item l
2609 The $lo register.
2611 @item t
2612 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2614 @item v
2615 The $gp register.
2617 @item x
2618 The coprocessor registers.
2620 @item y
2621 The coprocessor control registers.
2623 @item z
2624 The $0 register.
2626 @item A
2627 User-defined register set A.
2629 @item B
2630 User-defined register set B.
2632 @item C
2633 User-defined register set C.
2635 @item D
2636 User-defined register set D.
2638 @item I
2639 Offsets for $gp-rel addressing.
2641 @item J
2642 Constants that can be used directly with boolean insns.
2644 @item K
2645 Constants that can be moved directly to registers.
2647 @item L
2648 Small constants that can be added to registers.
2650 @item M
2651 Long shift counts.
2653 @item N
2654 Small constants that can be compared to registers.
2656 @item O
2657 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2659 @item S
2660 Signed 8-bit immediates.
2662 @item T
2663 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2665 @item U
2666 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2668 @item W
2669 The top half of a symbol's value.
2671 @item Y
2672 A register indirect address without offset.
2674 @item Z
2675 Symbolic references to the control bus.
2679 @end table
2681 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2682 @table @code
2683 @item d
2684 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2685 generating MIPS16 code.
2687 @item f
2688 A floating-point register (if available).
2690 @item h
2691 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2693 @item l
2694 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2695 no bigger than a word.
2697 @item x
2698 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2699 to store doubleword values.
2701 @item c
2702 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2703 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2705 @item v
2706 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2707 it is retained only for compatibility with glibc.
2709 @item y
2710 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2712 @item z
2713 A floating-point condition code register.
2715 @item I
2716 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2718 @item J
2719 Integer zero.
2721 @item K
2722 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2724 @item L
2725 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2726 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2728 @item M
2729 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2730 or @code{ori}.
2732 @item N
2733 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2735 @item O
2736 A signed 15-bit constant.
2738 @item P
2739 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2741 @item G
2742 Floating-point zero.
2744 @item R
2745 An address that can be used in a non-macro load or store.
2746 @end table
2748 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2749 @table @code
2750 @item a
2751 Address register
2753 @item d
2754 Data register
2756 @item f
2757 68881 floating-point register, if available
2759 @item I
2760 Integer in the range 1 to 8
2762 @item J
2763 16-bit signed number
2765 @item K
2766 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2768 @item L
2769 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2771 @item M
2772 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2774 @item N
2775 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2777 @item O
2778 16 (for rotate using swap)
2780 @item P
2781 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2783 @item R
2784 Numbers that mov3q can handle
2786 @item G
2787 Floating point constant that is not a 68881 constant
2789 @item S
2790 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2792 @item T
2793 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2795 @item Q
2796 Address register indirect addressing mode
2798 @item U
2799 Register offset addressing
2801 @item W
2802 const_call_operand
2804 @item Cs
2805 symbol_ref or const
2807 @item Ci
2808 const_int
2810 @item C0
2811 const_int 0
2813 @item Cj
2814 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2816 @item Cmvq
2817 Integers valid for mvq
2819 @item Capsw
2820 Integers valid for a moveq followed by a swap
2822 @item Cmvz
2823 Integers valid for mvz
2825 @item Cmvs
2826 Integers valid for mvs
2828 @item Ap
2829 push_operand
2831 @item Ac
2832 Non-register operands allowed in clr
2834 @end table
2836 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2837 @table @code
2838 @item a
2839 Register `a'
2841 @item b
2842 Register `b'
2844 @item d
2845 Register `d'
2847 @item q
2848 An 8-bit register
2850 @item t
2851 Temporary soft register _.tmp
2853 @item u
2854 A soft register _.d1 to _.d31
2856 @item w
2857 Stack pointer register
2859 @item x
2860 Register `x'
2862 @item y
2863 Register `y'
2865 @item z
2866 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2868 @item A
2869 An address register: x, y or z
2871 @item B
2872 An address register: x or y
2874 @item D
2875 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2877 @item L
2878 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2880 @item M
2881 Constants whose 16-bit low part is zero
2883 @item N
2884 Constant integer 1 or @minus{}1
2886 @item O
2887 Constant integer 16
2889 @item P
2890 Constants in the range @minus{}8 to 2
2892 @end table
2894 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2895 @table @code
2896 @item A
2897 An absolute address
2899 @item B
2900 An offset address
2902 @item W
2903 A register indirect memory operand
2905 @item I
2906 A constant in the range of 0 to 255.
2908 @item N
2909 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2911 @end table
2913 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2914 @table @code
2915 @item Q
2916 An address which does not involve register indirect addressing or
2917 pre/post increment/decrement addressing.
2919 @item Symbol
2920 A symbol reference.
2922 @item Int08
2923 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
2925 @item Sint08
2926 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
2928 @item Sint16
2929 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
2931 @item Sint24
2932 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
2934 @item Uint04
2935 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
2937 @end table
2939 @need 1000
2940 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2941 @table @code
2942 @item f
2943 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2944 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2946 @item e
2947 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2948 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2949 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2951 @item c
2952 Floating-point condition code register.
2954 @item d
2955 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2956 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2958 @item b
2959 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2960 when the Visual Instruction Set is available.
2962 @item h
2963 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2965 @item D
2966 A vector constant
2968 @item I
2969 Signed 13-bit constant
2971 @item J
2972 Zero
2974 @item K
2975 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2976 loaded with the @code{sethi} instruction)
2978 @item L
2979 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2981 @item M
2982 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2984 @item N
2985 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2986 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2987 modes wider than @code{SImode}
2989 @item O
2990 The constant 4096
2992 @item G
2993 Floating-point zero
2995 @item H
2996 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2998 @item Q
2999 Floating-point constant whose integral representation can
3000 be moved into an integer register using a single sethi
3001 instruction
3003 @item R
3004 Floating-point constant whose integral representation can
3005 be moved into an integer register using a single mov
3006 instruction
3008 @item S
3009 Floating-point constant whose integral representation can
3010 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3011 instruction sequence
3013 @item T
3014 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3016 @item U
3017 Even register
3019 @item W
3020 Memory address for @samp{e} constraint registers
3022 @item Y
3023 Vector zero
3025 @end table
3027 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3028 @table @code
3029 @item a
3030 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3032 @item c
3033 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3035 @item d
3036 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3038 @item f
3039 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
3041 @item A
3042 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3044 @item B
3045 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3047 @item C
3048 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3050 @item D
3051 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3053 @item I
3054 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.  
3056 @item J
3057 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
3059 @item K
3060 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
3062 @item M
3063 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
3065 @item N
3066 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
3068 @item O
3069 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
3071 @item P
3072 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
3074 @item R
3075 Call operand, reg, for indirect calls 
3077 @item S
3078 Call operand, symbol, for relative calls.  
3080 @item T
3081 Call operand, const_int, for absolute calls.  
3083 @item U
3084 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3086 @item W
3087 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3089 @item Y
3090 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
3092 @item Z
3093 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3095 @end table
3097 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3098 @table @code
3099 @item a
3100 Address register (general purpose register except r0)
3102 @item c
3103 Condition code register
3105 @item d
3106 Data register (arbitrary general purpose register)
3108 @item f
3109 Floating-point register
3111 @item I
3112 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3114 @item J
3115 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3117 @item K
3118 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3120 @item L
3121 Value appropriate as displacement.
3122 @table @code
3123 @item (0..4095)
3124 for short displacement
3125 @item (@minus{}524288..524287)
3126 for long displacement
3127 @end table
3129 @item M
3130 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3132 @item N
3133 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3134 @table @code
3135 @item 0..9:
3136 number of the part counting from most to least significant
3137 @item H,Q:
3138 mode of the part
3139 @item D,S,H:
3140 mode of the containing operand
3141 @item 0,F:
3142 value of the other parts (F---all bits set)
3143 @end table
3144 The constraint matches if the specified part of a constant
3145 has a value different from its other parts.
3147 @item Q
3148 Memory reference without index register and with short displacement.
3150 @item R
3151 Memory reference with index register and short displacement.
3153 @item S
3154 Memory reference without index register but with long displacement.
3156 @item T
3157 Memory reference with index register and long displacement.
3159 @item U
3160 Pointer with short displacement.
3162 @item W
3163 Pointer with long displacement.
3165 @item Y
3166 Shift count operand.
3168 @end table
3170 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3171 @table @code
3172 @item d
3173 Registers from r0 to r32.
3175 @item e
3176 Registers from r0 to r16.
3178 @item t
3179 r8---r11 or r22---r27 registers.
3181 @item h
3182 hi register.
3184 @item l
3185 lo register.
3187 @item x
3188 hi + lo register.
3190 @item q
3191 cnt register.
3193 @item y
3194 lcb register.
3196 @item z
3197 scb register.
3199 @item a
3200 cnt + lcb + scb register.
3202 @item c
3203 cr0---cr15 register.
3205 @item b
3206 cp1 registers.
3208 @item f
3209 cp2 registers.
3211 @item i
3212 cp3 registers.
3214 @item j
3215 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3217 @item I
3218 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3220 @item J
3221 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3223 @item K
3224 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3226 @item L
3227 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3229 @item M
3230 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3232 @item N
3233 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3235 @item Z
3236 Any SYMBOL_REF.
3237 @end table
3239 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3240 @table @code
3241 @item a
3242 Register r0.
3244 @item b
3245 Register r1.
3247 @item c
3248 Register r2.
3250 @item d
3251 Register r8.
3253 @item e
3254 Registers r0 through r7.
3256 @item t
3257 Registers r0 and r1.
3259 @item y
3260 The carry register.
3262 @item z
3263 Registers r8 and r9.
3265 @item I
3266 A constant between 0 and 3 inclusive.
3268 @item J
3269 A constant that has exactly one bit set.
3271 @item K
3272 A constant that has exactly one bit clear.
3274 @item L
3275 A constant between 0 and 255 inclusive.
3277 @item M
3278 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3280 @item N
3281 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3283 @item O
3284 A constant between 1 and 4 inclusive.
3286 @item P
3287 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3289 @item Q
3290 A memory reference that is a stack push.
3292 @item R
3293 A memory reference that is a stack pop.
3295 @item S
3296 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3298 @item T
3299 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3301 @item U
3302 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3304 @item Z
3305 The constant 0.
3307 @end table
3309 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3310 @table @code
3311 @item a
3312 General-purpose 32-bit register
3314 @item b
3315 One-bit boolean register
3317 @item A
3318 MAC16 40-bit accumulator register
3320 @item I
3321 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3323 @item J
3324 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3326 @item K
3327 Integer constant valid for BccI instructions
3329 @item L
3330 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3332 @end table
3334 @end table
3336 @ifset INTERNALS
3337 @node Disable Insn Alternatives
3338 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3339 @cindex enabled
3341 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3342 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3343 new instructions to an existing pattern which are only available for
3344 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3345 option.
3347 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3348 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3349 unsatisfiable.
3351 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3352 in the machine description files:
3354 @enumerate
3355 @item
3356 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3357 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3358 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3359 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3360 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3361 @code{(const_int 0)} otherwise.
3362 @item
3363 A definition of another insn attribute used to describe for what
3364 reason an insn alternative might be available or
3365 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3366 @item
3367 An assignment for the second attribute to each insn definition
3368 combining instructions which are not all available under the same
3369 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3370 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3371 disabled or enabled using the insn condition.)
3372 @end enumerate
3374 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3375 attribute:
3377 @smallexample
3379 (define_insn "*movdi_old"
3380   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3381         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3382   "!TARGET_NEW"
3383   "lgr %0,%1")
3385 (define_insn "*movdi_new"
3386   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3387         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3388   "TARGET_NEW"
3389   "@@
3390    lgr  %0,%1
3391    ldgr %0,%1
3392    lgdr %0,%1")
3394 @end smallexample
3398 @smallexample
3400 (define_insn "*movdi_combined"
3401   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3402         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3403   ""
3404   "@@
3405    lgr  %0,%1
3406    ldgr %0,%1
3407    lgdr %0,%1"
3408   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3410 @end smallexample
3412 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3414 @smallexample
3416 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3418 (define_attr "enabled" ""
3419   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3420          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3421               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3422          (const_int 1)]
3423         (const_int 0)))
3425 @end smallexample
3427 @end ifset
3429 @ifset INTERNALS
3430 @node Define Constraints
3431 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3432 @cindex defining constraints
3433 @cindex constraints, defining
3435 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3436 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3437 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3438 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3440 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3441 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3442 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3443 must begin with a letter or underscore. 
3445 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3446 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3447 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3448 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3449 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3450 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3452 Register constraints correspond directly to register classes.
3453 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3454 definitions.
3456 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3457 All three arguments are string constants.
3458 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3459 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3460 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3461 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3462 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3463 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3464 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3465 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3466 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3467 is not available on a given subarchitecture.
3469 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3470 constraint.  Docstrings are explained further below.
3471 @end deffn
3473 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3474 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3475 constraint matches.
3477 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3478 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3479 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3480 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3481 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3482 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3483 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3484 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3485 might match, just like predicate expressions.
3487 @code{match_test} C expressions have access to the
3488 following variables:
3490 @table @var
3491 @item op
3492 The RTL object defining the operand.
3493 @item mode
3494 The machine mode of @var{op}.
3495 @item ival
3496 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3497 @item hval
3498 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3499 @code{const_double}.
3500 @item lval
3501 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3502 @code{const_double}.
3503 @item rval
3504 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3505 @code{const_double}.
3506 @end table
3508 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3509 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3510 object.
3511 @end deffn
3513 Most non-register constraints should be defined with
3514 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3515 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3516 by @code{reload} if they fail to match.
3518 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3519 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3520 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3521 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3522 base register (from the register class specified by
3523 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3525 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3526 memory references, but only those that do not make use of an index
3527 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3528 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3529 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3530 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3531 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3532 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3534 The syntax and semantics are otherwise identical to
3535 @code{define_constraint}.
3536 @end deffn
3538 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3539 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3540 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3541 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3542 with @var{X} a base register.
3544 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3545 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3546 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3547 the generic @samp{p} constraint.
3549 The syntax and semantics are otherwise identical to
3550 @code{define_constraint}.
3551 @end deffn
3553 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3554 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3555 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3556 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3557 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3558 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3559 it correctly:
3561 @smallexample
3562 @group
3563 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3564   "@var{doc}@dots{}"
3565   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3566        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3567 @end group
3568 @end smallexample
3569 @c the semicolons line up in the formatted manual
3571 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3572 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3574 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3575 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3576 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3577 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3578 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3579 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3580 causes a reload failure.
3582 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3583 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3584 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3585 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3587 @node C Constraint Interface
3588 @subsection Testing constraints from C
3589 @cindex testing constraints
3590 @cindex constraints, testing
3592 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3593 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3594 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3595 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3596 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3597 may change in the future.
3599 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3600 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3601 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3602 the old constraint interface that machine-independent components of
3603 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3604 future.
3606 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3607 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3608 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3609 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3610 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3612 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3613 @example
3614 @multitable {Original} {Mangled}
3615 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3616 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3617 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3618 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3619 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3620 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3621 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3622 @end multitable
3623 @end example
3625 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3626 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3627 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3628 a larger identifier).
3630 @deftp Enum constraint_num
3631 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3632 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3633 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3634 argument expect one of these constants.
3636 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3637 This may change in the future.
3638 @end deftp
3640 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3641 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3642 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3643 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3644 before @file{tm_p.h}.
3645 @end deftypefun
3647 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3648 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3649 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3650 specifies a register constraint, this function will always return
3651 @code{false}.
3652 @end deftypefun
3654 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3655 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3656 a register constraint, or those registers are not available for the
3657 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3658 @end deftypefun
3660 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3661 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3662 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3663 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3664 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3665 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3666 definition from the i386 machine description.)
3668 @smallexample
3669 (define_peephole2
3670   [(match_scratch:SI 3 "r")
3671    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3672         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3673                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3675   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3677   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3678    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3680   "")
3681 @end smallexample
3683 @node Standard Names
3684 @section Standard Pattern Names For Generation
3685 @cindex standard pattern names
3686 @cindex pattern names
3687 @cindex names, pattern
3689 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3690 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3691 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3692 pattern to accomplish a certain task.
3694 @table @asis
3695 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3696 @item @samp{mov@var{m}}
3697 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3698 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3699 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3701 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3702 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3703 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3704 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3705 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3706 outside the target word are left unchanged.
3708 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3709 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3710 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3711 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3712 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3714 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3715 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3716 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3717 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3718 into a register.
3720 @findex force_reg
3721 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3722 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3723 registers other than the operands.  For example, if you support the
3724 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3725 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3726 function which might generate new pseudo registers.
3728 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3729 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3730 some temporary registers.
3732 @findex change_address
3733 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3734 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3735 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3736 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3737 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3738 an address into a valid address and no routine (such as
3739 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3740 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3742 @findex reload_in_progress
3743 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3744 declared if required) can be used to determine whether such special
3745 handling is required.
3747 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3748 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3749 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3750 machines explicit memory references will get optional reloads.
3752 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3753 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3755 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3756 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3758 @findex can_create_pseudo_p
3759 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3760 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3761 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3763 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3764 register to any other hard register provided that
3765 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3766 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
3767 of 2.
3769 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3770 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3771 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3772 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3773 point members.
3775 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3776 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3777 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3778 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3779 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3780 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3781 reload into a floating point register.
3783 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3784 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3785 @item @samp{reload_in@var{m}}
3786 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3787 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3788 @code{secondary_reload}.
3790 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3791 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3792 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3793 macro in @pxref{Register Classes}.
3795 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3796 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3797 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3798 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3799 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3800 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3801 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3802 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3803 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3804 for these patterns.
3806 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3807 @item @samp{movstrict@var{m}}
3808 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3809 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3810 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3811 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3813 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3814 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3815 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3816 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3817 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3818 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3819 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3821 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3822 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3824 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3825 @item @samp{load_multiple}
3826 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3827 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3828 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3829 number of consecutive registers.
3831 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3832 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3833 registers from memory is to do them one at a time.
3835 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3836 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3837 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3838 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3839 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3841 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3842 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3843 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3844 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3845 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3847 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3848 @item @samp{store_multiple}
3849 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3850 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3851 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3852 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3854 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3855 @item @samp{vec_set@var{m}}
3856 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3857 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3859 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3860 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3861 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3862 specify field index and operand 0 place to store value into.
3864 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3865 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3866 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3867 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3868 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3869 The output and input vectors should have the same modes. 
3871 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3872 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3873 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3874 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3875 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3876 The output and input vectors should have the same modes.
3878 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3879 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3880 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3881 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3882 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3883 @code{N/2} elements of the second input vector.
3885 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3886 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3887 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3888 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3889 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3890 @code{N/2} elements of the second input vector.
3892 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3893 @item @samp{vec_init@var{m}}
3894 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3895 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3897 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3898 @item @samp{push@var{m}1}
3899 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3900 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3901 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3902 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3903 method is deprecated.
3905 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3906 @item @samp{add@var{m}3}
3907 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3908 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3909 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3911 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3912 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3913 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3914 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3915 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3916 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3917 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3918 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3919 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3920 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3921 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3922 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3923 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3924 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3925 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3926 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3927 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3928 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3929 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3930 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3931 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3932 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3933 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3934 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3935 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3936 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3937 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3938 Similar, for other arithmetic operations.
3940 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3941 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3942 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3943 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3944 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3945 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3947 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3948 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3949 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3950 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3951 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3952 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3953 modes.
3955 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3956 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3957 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3958 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3959 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3960 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3961 modes.
3963 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3964 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3965 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3966 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3967 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3969 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3970 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3971 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3972 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3973 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3975 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3976 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3977 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3978 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3979 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3980 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3981 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3982 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3983 is of the same mode as operand 3. 
3985 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3986 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3987 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3988 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3989 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3990 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3991 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3992 of a wider mode.)
3994 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3995 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3996 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3997 Whole vector left/right shift in bits.
3998 Operand 1 is a vector to be shifted.
3999 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4000 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4001 The output and input vectors should have the same modes.
4003 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4004 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4005 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4006 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4007 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4008 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4010 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4011 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4012 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4013 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4014 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4015 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4016 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4017 saturating arithmetic.
4019 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4020 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4021 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4022 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4023 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4024 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4025 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4027 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4028 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4029 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4030 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4031 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4032 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4033 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4034 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4036 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4037 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4038 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4039 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4040 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4041 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4042 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4044 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4045 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4046 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4047 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4048 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4049 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4050 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4051 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4052 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4053 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4054 the output vector (operand 0).
4056 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4057 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4058 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4059 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4060 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4061 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4062 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4063 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4064 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4065 output vector (operand 0).
4067 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4068 @item @samp{mulhisi3}
4069 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4070 a @code{SImode} product in operand 0.
4072 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4073 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4074 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4075 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4077 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4078 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4079 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4080 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4081 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4082 multiplication.
4084 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4085 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4086 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4087 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4088 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4089 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4090 multiplication.
4092 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4093 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4094 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4095 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4096 The least significant half of the product is discarded.
4098 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4099 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4100 Similar, but the multiplication is unsigned.
4102 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4103 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4104 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4105 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4106 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4107 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4108 the size of @var{m}.
4110 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4111 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4113 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4115 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4116 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4117 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4118 operands instead of sign-extending them.
4120 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4121 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4122 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4123 signed-saturating.
4125 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4126 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4127 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4128 unsigned-saturating.
4130 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4131 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4132 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4133 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4134 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4135 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4136 the size of @var{m}.
4138 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4139 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4140 from operand 3.
4142 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4144 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4145 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4146 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4147 operands instead of sign-extending them.
4149 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4150 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4151 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4152 signed-saturating.
4154 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4155 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4156 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4157 unsigned-saturating.
4159 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4160 @item @samp{divmod@var{m}4}
4161 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4162 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4163 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4165 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4166 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4167 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4168 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4169 and remainder are computed.
4171 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4172 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4173 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4174 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4175 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4177 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4178 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4179 Similar, but does unsigned division.
4181 @anchor{shift patterns}
4182 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4183 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4184 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4185 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4186 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4187 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4188 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4189 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4190 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4191 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4192 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4194 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4195 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4196 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4197 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4198 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4199 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4200 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4202 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4203 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4204 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4205 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4206 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4207 @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}
4208 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4209 instead of a scalar type.
4211 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4212 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4213 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4214 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4215 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4217 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4218 @item @samp{abs@var{m}2}
4219 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4221 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4222 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4223 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4225 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4226 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4227 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4228 type @code{float}.
4230 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4231 @item @samp{fmod@var{m}3}
4232 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4233 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4235 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4236 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4237 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4238 type @code{float}.
4240 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4241 @item @samp{remainder@var{m}3}
4242 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4243 operand 0, rounded to the nearest integer.
4245 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4246 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4247 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4248 to the C data type @code{float}.
4250 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4251 @item @samp{cos@var{m}2}
4252 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4254 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4255 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4256 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4257 type @code{float}.
4259 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4260 @item @samp{sin@var{m}2}
4261 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4263 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4264 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4265 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4266 type @code{float}.
4268 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4269 @item @samp{exp@var{m}2}
4270 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4272 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4273 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4274 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4275 type @code{float}.
4277 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4278 @item @samp{log@var{m}2}
4279 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4281 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4282 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4283 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4284 type @code{float}.
4286 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4287 @item @samp{pow@var{m}3}
4288 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4289 into operand 0.
4291 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4292 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4293 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4294 type @code{float}.
4296 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4297 @item @samp{atan2@var{m}3}
4298 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4299 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4300 determine the quadrant of the result.
4302 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4303 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4304 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4305 type @code{float}.
4307 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4308 @item @samp{floor@var{m}2}
4309 Store the largest integral value not greater than argument.
4311 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4312 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4313 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4314 type @code{float}.
4316 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4317 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4318 Store the argument rounded to integer towards zero.
4320 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4321 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4322 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4323 type @code{float}.
4325 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4326 @item @samp{round@var{m}2}
4327 Store the argument rounded to integer away from zero.
4329 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4330 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4331 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4332 type @code{float}.
4334 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4335 @item @samp{ceil@var{m}2}
4336 Store the argument rounded to integer away from zero.
4338 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4339 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4340 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4341 type @code{float}.
4343 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4344 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4345 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4347 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4348 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4349 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4350 type @code{float}.
4352 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4353 @item @samp{rint@var{m}2}
4354 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4355 raise the inexact exception when the result differs in value from
4356 the argument
4358 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4359 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4360 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4361 type @code{float}.
4363 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4364 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4365 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4366 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4367 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4369 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4370 @item @samp{lround@var{m}2}
4371 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4372 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4373 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4375 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4376 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4377 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4378 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4379 operand 0 (which has mode @var{n}).
4381 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4382 @item @samp{lceil@var{m}2}
4383 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4384 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4385 operand 0 (which has mode @var{n}).
4387 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4388 @item @samp{copysign@var{m}3}
4389 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4390 2 into operand 0.
4392 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4393 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4394 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4395 type @code{float}.
4397 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4398 @item @samp{ffs@var{m}2}
4399 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4400 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4401 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4402 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4403 generating the instruction.
4405 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4406 corresponds to the C data type @code{int}.
4408 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4409 @item @samp{clz@var{m}2}
4410 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4411 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4412 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4413 the result is undefined or has a useful value.
4414 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4415 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4416 operand to that mode before generating the instruction.
4418 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4419 @item @samp{ctz@var{m}2}
4420 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4421 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4422 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4423 the result is undefined or has a useful value.
4424 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4425 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4426 operand to that mode before generating the instruction.
4428 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4429 @item @samp{popcount@var{m}2}
4430 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4431 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4432 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4433 generating the instruction.
4435 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4436 @item @samp{parity@var{m}2}
4437 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4438 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4439 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4440 the operand to that mode before generating the instruction.
4442 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4443 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4444 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4446 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4447 @item @samp{movmem@var{m}}
4448 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4449 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4450 address in mode @code{Pmode}.
4452 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4453 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4454 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4455 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4456 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4457 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4458 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4460 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4461 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4462 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4463 it may provide the value 4 for this operand.
4465 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4466 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4467 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4468 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4469 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4471 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4472 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4473 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4474 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4475 individually moved data units in the block.
4477 These patterns need not give special consideration to the possibility
4478 that the source and destination strings might overlap.
4480 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4481 @item @samp{movstr}
4482 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4483 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4484 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4485 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4486 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4487 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4489 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4490 @item @samp{setmem@var{m}}
4491 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4492 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4493 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4494 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4495 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4496 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4498 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4499 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4500 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4501 operand.
4503 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4504 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4505 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4506 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4507 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4509 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4511 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4512 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4513 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4514 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4515 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4516 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4517 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4518 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4519 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4520 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4521 indicates the result of the comparison.
4523 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4524 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4525 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4526 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4527 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4528 @code{Pmode}.
4530 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4531 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4532 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4533 it may provide the value 4 for this operand.
4535 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4536 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4537 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4538 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4539 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4540 whose sign indicates the result of the comparison.
4542 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4543 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4544 Block compare instruction, with five operands like the operands
4545 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4546 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4547 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4548 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4549 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4550 comparison.
4552 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4553 @item @samp{strlen@var{m}}
4554 Compute the length of a string, with three operands.
4555 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4556 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4557 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4558 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4559 of the beginning of the string.
4561 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4562 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4563 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4564 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4565 @var{n}).
4567 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4568 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4569 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4570 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4571 @var{n}).
4573 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4574 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4575 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4576 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4577 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4578 the value of operand 1 is an integer.
4580 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4581 define the @code{ftrunc} pattern.
4583 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4584 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4585 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4586 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4587 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4588 value of operand 1 is an integer.
4590 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4591 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4592 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4593 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4594 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4596 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4597 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4598 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4599 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4601 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4602 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4603 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4604 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4606 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4607 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4608 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4609 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4610 point or both floating point.
4612 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4613 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4614 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4615 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4616 point or both floating point.
4618 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4619 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4620 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4621 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4622 point.
4624 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4625 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4626 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4627 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4628 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4629 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4630 or fixed-point to floating-point.
4631 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4633 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4634 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4635 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4636 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4637 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4638 or floating-point to fixed-point.
4639 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4640 results to the maximum or the minimum.
4642 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4643 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4644 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4645 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4646 could be unsigned integer to fixed-point, or
4647 fixed-point to unsigned integer.
4648 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4650 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4651 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4652 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4653 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4654 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4655 results to the maximum or the minimum.
4657 @cindex @code{extv} instruction pattern
4658 @item @samp{extv}
4659 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4660 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4661 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4662 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4663 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4664 be valid for @code{word_mode}.
4666 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4667 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4669 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4670 before it is stored in operand 0.
4672 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4673 @item @samp{extzv}
4674 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4676 @cindex @code{insv} instruction pattern
4677 @item @samp{insv}
4678 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4679 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4680 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4681 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4682 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4684 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4685 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4687 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4688 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4689 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4690 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4691 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4693 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4694 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4695 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4696 codes and vice versa.
4698 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4699 define these patterns.
4701 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4702 @item @samp{add@var{mode}cc}
4703 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4704 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4705 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4706 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4708 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4709 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4710 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4711 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4712 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4713 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4714 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4715 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4717 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4718 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4719 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4720 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4721 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4722 found that can be used for all the possible comparison operators, you
4723 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
4724 onto the one you chose.
4726 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
4727 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
4728 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
4729 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
4730 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
4731 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
4733 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
4734 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
4735 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
4736 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
4737 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
4738 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
4739 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
4740 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
4741 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
4742 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
4743 from the machine description.
4745 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4746 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4747 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4748 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4749 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4750 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4752 @cindex @code{jump} instruction pattern
4753 @item @samp{jump}
4754 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4755 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4756 on all machines.
4758 @cindex @code{call} instruction pattern
4759 @item @samp{call}
4760 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4761 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4762 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4763 operands.
4765 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4766 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4767 to put this information into the assembler code; they can put it in
4768 the RTL instead of operand 1.
4770 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4771 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4772 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4773 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4774 instruction, the pattern for this operation should be a
4775 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4776 address into a register and uses that register in the call instruction.
4778 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4779 @item @samp{call_value}
4780 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4781 register in which the value is returned.  There are three more
4782 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4783 instruction (but with numbers increased by one).
4785 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4786 insn.
4788 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4789 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4790 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4791 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4792 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4793 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4794 adjustment made to the frame pointer.
4796 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4797 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4798 can be eliminated, if desired.
4800 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4801 @item @samp{untyped_call}
4802 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4803 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4804 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4805 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4806 the saving of a function return value into the result block.
4808 This instruction pattern should be defined to support
4809 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4810 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4811 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4812 multiple registers that can hold a return value
4813 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4815 @cindex @code{return} instruction pattern
4816 @item @samp{return}
4817 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4818 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4819 from a function.
4821 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4822 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4823 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4824 some class of functions only requires one instruction to implement a
4825 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4826 to save any registers or allocate stack space.
4828 @findex reload_completed
4829 @findex leaf_function_p
4830 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4831 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4832 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4833 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4834 a register window push is required.
4836 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4837 such as
4839 @smallexample
4840 (define_insn ""
4841   [(set (pc)
4842         (if_then_else (match_operator
4843                          0 "comparison_operator"
4844                          [(cc0) (const_int 0)])
4845                       (return)
4846                       (pc)))]
4847   "@var{condition}"
4848   "@dots{}")
4849 @end smallexample
4851 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4852 named @samp{return} pattern.
4854 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4855 @item @samp{untyped_return}
4856 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4857 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4858 instructions are needed to return a value of any type.
4860 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4861 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4862 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4863 the restoring of a function return value from the result block.
4865 @cindex @code{nop} instruction pattern
4866 @item @samp{nop}
4867 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4868 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4869 RTL pattern.
4871 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4872 @item @samp{indirect_jump}
4873 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4874 This pattern name is mandatory on all machines.
4876 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4877 @item @samp{casesi}
4878 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4879 This instruction takes five operands:
4881 @enumerate
4882 @item
4883 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4885 @item
4886 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4888 @item
4889 The total range of indices in the table---the largest index
4890 minus the smallest one (both inclusive).
4892 @item
4893 A label that precedes the table itself.
4895 @item
4896 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4897 @end enumerate
4899 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4900 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4901 difference between the upper bound and the lower bound.
4903 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4904 @item @samp{tablejump}
4905 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4906 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4907 is no @samp{casesi} pattern.
4909 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4910 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4911 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4912 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4913 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4914 mode @code{Pmode}.
4916 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4917 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4918 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4919 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4922 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4923 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4924 Conditional branch instruction that decrements a register and
4925 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4926 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4927 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4929 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4930 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4931 reduction is enabled.
4933 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4934 @item @samp{doloop_end}
4935 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4936 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4937 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4938 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4939 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4940 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4941 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4942 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4943 @xref{Looping Patterns}.
4945 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4946 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4947 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4948 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4949 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4950 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4951 too large for this instruction, make it fail.
4953 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4954 @item @samp{doloop_begin}
4955 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4956 need to perform some initialization, such as loading special registers
4957 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4958 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4959 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4962 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4963 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4964 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4965 into operand 0.
4967 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4968 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4969 and also has mode @code{Pmode}.
4971 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4972 the address of the function which would be called if the function
4973 pointer were used in an indirect call.
4975 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4976 can have different values but still call the same function when
4977 used in an indirect call.
4979 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4980 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4981 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4982 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4983 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4984 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4985 @item @samp{save_stack_block}
4986 @itemx @samp{save_stack_function}
4987 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4988 @itemx @samp{restore_stack_block}
4989 @itemx @samp{restore_stack_function}
4990 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4991 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4992 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4993 such machines.
4995 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4996 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4997 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4998 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4999 saves and restores are:
5001 @enumerate
5002 @item
5003 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5004 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5005 restores the stack pointer when the block is exited.
5007 @item
5008 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5009 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5010 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5011 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5012 restore sequence on some machines.
5014 @item
5015 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5016 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5017 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5018 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5019 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5020 and restoring additional data such as register window information or
5021 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5022 such required data.
5023 @end enumerate
5025 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5026 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5027 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5028 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5029 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5030 for a particular type of save (either because no save is needed or
5031 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5032 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5033 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5034 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5036 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5037 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5038 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5040 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5041 @item @samp{allocate_stack}
5042 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5043 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5045 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5046 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5047 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5048 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5049 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5050 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5051 stack is free.
5053 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5054 Some machines require other operations such as stack probes or
5055 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5056 operations in addition to updating the stack pointer.
5058 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5059 @item @samp{check_stack}
5060 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5061 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5062 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5063 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5064 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5065 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5067 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5068 @item @samp{probe_stack}
5069 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5070 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5071 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5072 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5073 in the stack that needs to be probed.
5075 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5076 @item @samp{nonlocal_goto}
5077 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5078 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5079 each representing a value to be used in the jump.  The first
5080 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5081 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5082 the third is the address of a location where the stack is saved,
5083 and the last is the address of the label, to be placed in the
5084 location for the incoming static chain.
5086 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5087 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5088 and static chain, restore the stack (using the
5089 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5090 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5091 not work on your machine.
5093 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5094 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5095 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5096 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5097 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5098 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5099 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5100 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5101 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5102 There are no arguments.
5104 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5105 @item @samp{exception_receiver}
5106 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5107 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5108 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5109 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5110 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5111 an exception.  There are no arguments.
5113 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5114 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5115 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5116 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5117 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5118 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5119 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5120 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5121 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5122 the first three are normally used by the generic mechanism.
5124 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5125 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5126 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5127 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5128 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5129 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5130 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5131 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5132 at a small offset from that label.
5134 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5135 @item @samp{builtin_longjmp}
5136 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5137 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5138 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5139 @code{jmp_buf}.
5141 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5142 @item @samp{eh_return}
5143 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5144 and thence the call frame exception handling library routines, are
5145 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5146 the abnormal return path.
5148 The address of the exception handler to which the function should return
5149 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5150 the pattern to some special register or memory location.
5151 If the pattern needs to determine the location of the target call
5152 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5153 if defined; it will have already been assigned.
5155 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5156 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5157 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5158 handling is to be used.
5160 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5161 @anchor{prologue instruction pattern}
5162 @item @samp{prologue}
5163 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5164 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5165 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5167 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5168 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5170 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5171 instruction scheduling.
5173 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5174 @anchor{epilogue instruction pattern}
5175 @item @samp{epilogue}
5176 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5177 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5178 registers and emitting the return instruction.
5180 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5181 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5183 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5184 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5186 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5187 @item @samp{sibcall_epilogue}
5188 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5189 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5190 sibling call (aka tail call) sites.
5192 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5193 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5194 function.
5196 @cindex @code{trap} instruction pattern
5197 @item @samp{trap}
5198 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5199 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5200 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5202 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5203 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5204 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5205 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5206 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5208 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5210 @smallexample
5211 (define_insn "ctrapsi4"
5212   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5213              [(match_operand 1 "register_operand")
5214               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5215             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5216   ""
5217   "@dots{}")
5218 @end smallexample
5220 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5221 @item @samp{prefetch}
5223 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5224 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5225 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5226 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5227 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5228 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5229 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5230 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5231 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5233 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5234 the values of operands 1 and 2.
5236 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5237 @item @samp{blockage}
5239 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5240 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5241 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5243 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5244 @item @samp{memory_barrier}
5246 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5247 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5248 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5249 This pattern has no operands.
5251 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5252 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5254 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5255 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5256 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5257 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5258 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5259 of the operation; it should contain the contents of the memory
5260 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5261 a copy of operand 2.
5263 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5265 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5266 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5267 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5268 after the atomic operation.
5270 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5271 operation is available via the status flags, it is possible to
5272 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5273 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5274 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5275 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5276 description includes such a set, the target should also define special
5277 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5278 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5279 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5280 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5282 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5283 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5284 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5285 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5286 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5287 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5288 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5289 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5290 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5292 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5293 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5294 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5296 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5297 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5298 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5299 after the atomic operation.
5301 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5302 from a compare-and-swap operation, if defined.
5304 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5305 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5306 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5307 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5308 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5309 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5310 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5311 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5312 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5314 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5315 and return the value that the memory contained before the operation.
5316 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5317 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5318 to the binary operator.
5320 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5321 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5322 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5323 after the atomic operation.
5325 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5326 from a compare-and-swap operation, if defined.
5328 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5329 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5330 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5331 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5332 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5333 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5334 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5335 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5336 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5338 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5339 except that they return the value that exists in the memory location
5340 after the operation, rather than before the operation.
5342 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5343 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5345 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5346 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5347 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5348 is the value to set in the lock.
5350 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5351 which the previous value in memory operand is copied into the result
5352 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5354 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5355 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5356 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5357 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5358 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5360 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5361 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5362 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5364 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5365 a compare-and-swap operation, if defined.
5367 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5368 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5370 This pattern, if defined, releases a lock set by
5371 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5372 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5374 If the target doesn't implement full semantics for
5375 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5376 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5377 of the memory operand are implementation defined.
5379 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5380 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5381 released only after all previous memory operations have completed.
5383 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5384 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5386 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5387 @item @samp{stack_protect_set}
5389 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5390 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5391 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5392 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5393 having clobbered it.
5395 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5397 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5398 @item @samp{stack_protect_test}
5400 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5401 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5402 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5403 weren't equal.
5405 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5406 conditional branch pattern is used.
5408 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5409 @item @samp{clear_cache}
5411 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5412 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5413 inclusive and operand 1 exclusive.
5415 If this pattern is not defined, a call to the library function
5416 @code{__clear_cache} is used.
5418 @end table
5420 @end ifset
5421 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5422 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5423 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5424 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5425 @ifset INTERNALS
5426 @node Pattern Ordering
5427 @section When the Order of Patterns Matters
5428 @cindex Pattern Ordering
5429 @cindex Ordering of Patterns
5431 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5432 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5433 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5434 and faster instructions (those that will produce better code when they
5435 do match) should usually go first in the description.
5437 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5438 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5439 instruction for converting a fullword to floating point and another
5440 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5441 an integer to floating point could match either one.  We put the
5442 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5443 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5444 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5445 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5446 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5447 constant value.
5449 @end ifset
5450 @ifset INTERNALS
5451 @node Dependent Patterns
5452 @section Interdependence of Patterns
5453 @cindex Dependent Patterns
5454 @cindex Interdependence of Patterns
5456 In some cases machines support instructions identical except for the
5457 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5458 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5459 patterns are
5461 @smallexample
5462 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5463      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5465 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5466      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5467 @end smallexample
5469 @noindent
5470 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5471 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5472 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5473 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5474 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5475 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5477 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5478 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5479 compilations.
5481 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5482 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5483 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5484 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5485 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5486 that supports register-register add insns by examining the operands and
5487 generating the appropriate machine instruction.
5489 @end ifset
5490 @ifset INTERNALS
5491 @node Jump Patterns
5492 @section Defining Jump Instruction Patterns
5493 @cindex jump instruction patterns
5494 @cindex defining jump instruction patterns
5496 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5497 The machine description should define a single pattern, usually
5498 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5500 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5501 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5502 or not according to its value.  For many machines, however,
5503 separating compares and branches is limiting, which is why the
5504 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5505 The machine description becomes clearer for architectures that
5506 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5507 works better when different sets of comparison operators are supported
5508 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5509 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5511 Two separate insns are always used if the machine description represents
5512 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5513 and on most machines that use a separate condition code register
5514 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5515 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5516 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5517 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5518 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5519 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5521 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5522 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5523 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5524 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5525 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5526 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5527 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5529 @end ifset
5530 @ifset INTERNALS
5531 @node Looping Patterns
5532 @section Defining Looping Instruction Patterns
5533 @cindex looping instruction patterns
5534 @cindex defining looping instruction patterns
5536 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5537 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5538 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5539 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5540 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5541 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5542 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5543 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5544 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5545 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5546 the jump.
5548 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5549 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5550 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5551 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5552 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5553 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5554 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5555 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5556 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5557 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5558 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5559 following for its @code{dbra} instruction:
5561 @smallexample
5562 @group
5563 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5564   [(set (pc)
5565         (if_then_else
5566           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5567                        (const_int -1))
5568               (const_int 0))
5569           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5570           (pc)))
5571    (set (match_dup 0)
5572         (plus:SI (match_dup 0)
5573                  (const_int -1)))]
5574   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5575   "@dots{}")
5576 @end group
5577 @end smallexample
5579 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5580 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5581 since this insn is generated by the instruction combination phase
5582 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5583 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5584 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5585 pattern will not be matched by the combiner.
5587 @smallexample
5588 @group
5589 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5590   [(set (pc)
5591         (if_then_else
5592           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5593               (const_int 1))
5594           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5595           (pc)))
5596    (set (match_dup 0)
5597         (plus:SI (match_dup 0)
5598                  (const_int -1)))]
5599   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5600   "@dots{}")
5601 @end group
5602 @end smallexample
5604 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5605 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5606 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5607 information collected during strength reduction.
5609 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5610 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5611 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5612 needed for some low-overhead looping instructions.
5614 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5615 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5616 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5617 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5618 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5619 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5620 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5621 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5622 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5623 desired special iteration counter register was not allocated, this
5624 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5625 instruction pair.
5627 The essential difference between the
5628 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5629 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5630 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5631 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5632 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5633 may become redundant and removed by the flow pass.
5636 @end ifset
5637 @ifset INTERNALS
5638 @node Insn Canonicalizations
5639 @section Canonicalization of Instructions
5640 @cindex canonicalization of instructions
5641 @cindex insn canonicalization
5643 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5644 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5645 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5646 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5647 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5648 number of insn patterns required.
5650 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5651 are performed:
5653 @itemize @bullet
5654 @item
5655 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5656 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5657 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5658 be supplied.
5660 @item
5661 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5662 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5663 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5664 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5665 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5666 floating-point.
5668 @item
5669 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5670 @cindex @code{not}, canonicalization of
5671 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5672 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5673 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5674 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5675 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5676 first operand.
5678 @item
5679 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5680 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5681 the operations as far as possible.  For instance,
5682 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5683 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5684 @code{(minus A (mult B C))}.
5686 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5687 @item
5688 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5689 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5691 @item
5692 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5693 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5694 above.
5696 @item
5697 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5698 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5699 of @code{ltu}.
5701 @item
5702 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5703 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5705 @item
5706 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5707 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5709 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5710 @cindex @code{and}, canonicalization of
5711 @cindex De Morgan's law
5712 @item
5713 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5714 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5715 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5717 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5718 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5719 for that instruction as
5721 @smallexample
5722 (define_insn ""
5723   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5724         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5725                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5726   "@dots{}"
5727   "@dots{}")
5728 @end smallexample
5730 @noindent
5731 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5733 @smallexample
5734 (define_insn ""
5735   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5736         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5737                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5738   "@dots{}"
5739   "@dots{}")
5740 @end smallexample
5742 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5743 logically equivalent RTL expressions.
5745 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5746 @item
5747 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5748 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5749 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5751 @item
5752 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5753 the form
5755 @smallexample
5756 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5757 @end smallexample
5759 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5760 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5761 @item
5762 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5763 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5764 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5766 @end itemize
5768 Further canonicalization rules are defined in the function
5769 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5771 @end ifset
5772 @ifset INTERNALS
5773 @node Expander Definitions
5774 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5775 @cindex expander definitions
5776 @cindex code generation RTL sequences
5777 @cindex defining RTL sequences for code generation
5779 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5780 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5781 represent them.  For these target machines, you can write a
5782 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5784 @findex define_expand
5785 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5786 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5787 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5789 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5791 @itemize @bullet
5792 @item
5793 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5794 use for it is to refer to it by name.
5796 @item
5797 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5798 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5799 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5801 @item
5802 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5803 used to express how the availability of this pattern depends on
5804 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5805 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5806 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5807 depend on the data in the insn being matched, but only the
5808 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5809 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5810 are available in a particular run.
5812 @item
5813 The preparation statements, a string containing zero or more C
5814 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5815 the RTL template.
5817 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5818 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5819 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5820 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5821 @end itemize
5823 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5824 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5825 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5828 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5829 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5830 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5832 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5833 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5834 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5835 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5836 information to preload the operand into a register if that is required for
5837 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5838 references should use @code{match_dup}.
5840 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5841 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5842 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5843 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5844 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5845 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5846 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5847 compute the values and store them into the appropriate elements of
5848 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5850 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5851 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5852 as a statement.
5854 @table @code
5856 @findex DONE
5857 @item DONE
5858 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5859 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5860 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5861 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5863 @findex FAIL
5864 @item FAIL
5865 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5866 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5867 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5869 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5870 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5871 operations.
5872 @end table
5874 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5875 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5876 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5877 insn.
5879 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5880 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5881 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5882 list of operands, such as this example:
5884 @smallexample
5885 @group
5886 (define_expand "addsi3"
5887   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5888    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5889    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5890 @end group
5891 @group
5892   ""
5893   "
5895   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5896   DONE;
5897 @}")
5898 @end group
5899 @end smallexample
5901 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5903 @smallexample
5904 @group
5905 (define_expand "ashlsi3"
5906   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5907         (ashift:SI
5908 @end group
5909 @group
5910           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5911           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5912   ""
5913   "
5914 @end group
5915 @end smallexample
5917 @smallexample
5918 @group
5920   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5921       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5922     FAIL;
5923 @}")
5924 @end group
5925 @end smallexample
5927 @noindent
5928 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5929 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5930 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5931 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5932 library call).
5934 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5935 patterns with names, then it would be possible to use a
5936 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5937 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5939 @smallexample
5940 (define_expand "zero_extendhisi2"
5941   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5942         (const_int 0))
5943    (set (strict_low_part
5944           (subreg:HI
5945             (match_dup 0)
5946             0))
5947         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5948   ""
5949   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5950 @end smallexample
5952 @noindent
5953 @findex make_safe_from
5954 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5955 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5956 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5957 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5958 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5959 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5960 by emitting another RTL insn.
5962 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5963 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5964 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5965 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5966 on this machine.  So it must be copied into a register with
5967 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5969 @smallexample
5970 (define_expand "zero_extendhisi2"
5971   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5972         (and:SI (subreg:SI
5973                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5974                   0)
5975                 (match_dup 2)))]
5976   ""
5977   "operands[2]
5978      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5979 @end smallexample
5981 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5982 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5983 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5984 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5985 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5986 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5987 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5988 in the compiler.
5990 @end ifset
5991 @ifset INTERNALS
5992 @node Insn Splitting
5993 @section Defining How to Split Instructions
5994 @cindex insn splitting
5995 @cindex instruction splitting
5996 @cindex splitting instructions
5998 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5999 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6000 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6001 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6002 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6003 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6004 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6005 cannot be placed into a delay slot.
6007 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6008 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6009 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6010 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6011 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6012 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6013 scheduling.
6015 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6016 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6017 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6018 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6019 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6020 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6021 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6022 split the addition into two insns is machine-dependent.
6024 @findex define_split
6025 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6026 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6028 @smallexample
6029 (define_split
6030   [@var{insn-pattern}]
6031   "@var{condition}"
6032   [@var{new-insn-pattern-1}
6033    @var{new-insn-pattern-2}
6034    @dots{}]
6035   "@var{preparation-statements}")
6036 @end smallexample
6038 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6039 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6040 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6041 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6042 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6043 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6045 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6046 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6047 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6048 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6049 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6050 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6051 must not allocate any space in the stack frame.
6053 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6054 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6055 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6056 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6057 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6058 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6059 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6060 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6061 of those definitions.
6063 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6064 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6065 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6067 @smallexample
6068 (define_split
6069   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6070         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6071   ""
6072   [(set (match_dup 0)
6073         (ashift:SI (match_dup 1)
6074                    (const_int 16)))
6075    (set (match_dup 0)
6076         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6077                      (const_int 16)))]
6078   "
6079 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6080 @end smallexample
6082 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6083 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6084 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6085 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6086 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6087 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6088 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6089 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6090 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6091 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6093 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6094 @file{rs6000.md}:
6096 @smallexample
6097 (define_split
6098   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6099         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6100                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6101   ""
6102   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6103    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6106   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6107   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6109   if (low & 0x8000)
6110     high++, low |= 0xffff0000;
6112   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6113   operands[4] = GEN_INT (low);
6114 @}")
6115 @end smallexample
6117 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6118 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6119 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6120 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6122 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6123 an equality comparison of a register and a large constant:
6125 @smallexample
6126 (define_split
6127   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6128         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6129                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6130    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6131   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6132    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6133        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6134   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6135    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6136   "
6138   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6139      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6140      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6142   int c = INTVAL (operands[2]);
6143   int sextc = (c << 16) >> 16;
6144   int xorv = c ^ sextc;
6146   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6147   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6148 @}")
6149 @end smallexample
6151 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6152 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6153 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6154 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6155 are not valid.
6157 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6158 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6159 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6160 several restriction apply.
6162 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6163 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6164 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6165 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6166 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6167 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6168 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6169 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6170 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6171 forward jumps to the newly created labels.
6173 @findex define_insn_and_split
6174 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6175 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6176 this:
6178 @smallexample
6179 (define_insn_and_split
6180   [@var{insn-pattern}]
6181   "@var{condition}"
6182   "@var{output-template}"
6183   "@var{split-condition}"
6184   [@var{new-insn-pattern-1}
6185    @var{new-insn-pattern-2}
6186    @dots{}]
6187   "@var{preparation-statements}"
6188   [@var{insn-attributes}])
6190 @end smallexample
6192 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6193 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6194 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6195 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6196 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6197 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6198 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6199 from i386.md:
6201 @smallexample
6202 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6203   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6204      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6205    (clobber (reg:CC 17))]
6206   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6207   "#"
6208   "&& reload_completed"
6209   [(parallel [(set (match_dup 0)
6210                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6211               (clobber (reg:CC 17))])]
6212   ""
6213   [(set_attr "type" "alu1")])
6215 @end smallexample
6217 In this case, the actual split condition will be
6218 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6220 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6221 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6222 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6223 having to ensure the two patterns' templates match.
6225 @end ifset
6226 @ifset INTERNALS
6227 @node Including Patterns
6228 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6229 @cindex insn includes
6231 @findex include
6232 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6233 look for patterns that are in files other than in the file
6234 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6236 It looks like:
6238 @smallexample
6240 (include
6241   @var{pathname})
6242 @end smallexample
6244 For example:
6246 @smallexample
6248 (include "filestuff")
6250 @end smallexample
6252 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6253 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6254 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6257 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6258 and placed into subdirectories.
6260 By specifying:
6262 @smallexample
6264 (include "BOGUS/filestuff")
6266 @end smallexample
6268 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6270 Specifying an absolute path for the include file such as;
6271 @smallexample
6273 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6275 @end smallexample
6276 is permitted but is not encouraged.
6278 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6279 @cindex directory options .md
6280 @cindex options, directory search
6281 @cindex search options
6283 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6284 For example:
6286 @smallexample
6288 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6290 @end smallexample
6293 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6294 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6295 file, substituting your own version, since these directories are
6296 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6297 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6298 order; the standard default directory come after.
6301 @end ifset
6302 @ifset INTERNALS
6303 @node Peephole Definitions
6304 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6305 @cindex peephole optimizer definitions
6306 @cindex defining peephole optimizers
6308 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6309 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6311 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6312 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6313 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6314 though the second one does not appear to use a register computed in the
6315 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6316 opportunities.
6318 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6319 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6320 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6321 is deprecated.
6323 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6324 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6325 but before scheduling, which may result in much better code for
6326 targets that do scheduling.
6328 @menu
6329 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6330 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6331 @end menu
6333 @end ifset
6334 @ifset INTERNALS
6335 @node define_peephole
6336 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6337 @findex define_peephole
6339 @need 1000
6340 A definition looks like this:
6342 @smallexample
6343 (define_peephole
6344   [@var{insn-pattern-1}
6345    @var{insn-pattern-2}
6346    @dots{}]
6347   "@var{condition}"
6348   "@var{template}"
6349   "@var{optional-insn-attributes}")
6350 @end smallexample
6352 @noindent
6353 The last string operand may be omitted if you are not using any
6354 machine-specific information in this machine description.  If present,
6355 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6357 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6358 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6359 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6360 the next, and so on.
6362 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6363 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6364 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6365 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6366 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6367 stages.
6369 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6370 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6371 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6372 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6373 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6374 other.
6376 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6377 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6378 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6379 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6380 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6382 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6383 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6384 previously tested.
6386 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6387 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6388 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6389 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6390 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6391 patterns.
6393 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6394 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6395 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6396 the operands.
6398 @findex prev_active_insn
6399 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6400 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6401 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6402 to refer to the last of the insns being matched; use
6403 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6405 @findex dead_or_set_p
6406 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6407 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6408 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6409 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6410 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6411 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6412 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6414 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6415 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6416 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6417 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6418 used in matching the original sequence of insns.
6420 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6421 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6422 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6423 as the insn pattern to control how the insn is output.
6425 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6426 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6428 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6430 @smallexample
6431 (define_peephole
6432   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6433    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6434         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6435   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6437   rtx xoperands[2];
6438   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6439 #ifdef MOTOROLA
6440   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6441   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6442   return "fmove.d (sp)+,%0";
6443 #else
6444   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6445   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6446   return "fmoved sp@@+,%0";
6447 #endif
6449 @end smallexample
6451 @need 1000
6452 The effect of this optimization is to change
6454 @smallexample
6455 @group
6456 jbsr _foobar
6457 addql #4,sp
6458 movel d1,sp@@-
6459 movel d0,sp@@-
6460 fmoved sp@@+,fp0
6461 @end group
6462 @end smallexample
6464 @noindent
6465 into
6467 @smallexample
6468 @group
6469 jbsr _foobar
6470 movel d1,sp@@
6471 movel d0,sp@@-
6472 fmoved sp@@+,fp0
6473 @end group
6474 @end smallexample
6476 @ignore
6477 @findex CC_REVERSED
6478 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6479 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6480 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6481 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6482 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6483 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6484 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6485 and in this C code check the condition code status flags and change the
6486 assembler code as appropriate.
6487 @end ignore
6489 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6490 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6491 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6492 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6493 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6494 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6495 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6496 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6497 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6499 @smallexample
6500 (define_insn "divmodsi4"
6501   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6502         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6503                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6504    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6505         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6506   "TARGET_68020"
6507   "divsl%.l %2,%3:%0")
6508 @end smallexample
6510 @noindent
6511 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6513 @smallexample
6514 (define_peephole
6515   [@dots{}
6516    (parallel
6517     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6518           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6519                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6520      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6521           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6522    @dots{}]
6523   @dots{})
6524 @end smallexample
6526 @end ifset
6527 @ifset INTERNALS
6528 @node define_peephole2
6529 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6530 @findex define_peephole2
6532 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6533 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6534 what additional scratch registers may be needed and what their
6535 lifetimes must be.
6537 @smallexample
6538 (define_peephole2
6539   [@var{insn-pattern-1}
6540    @var{insn-pattern-2}
6541    @dots{}]
6542   "@var{condition}"
6543   [@var{new-insn-pattern-1}
6544    @var{new-insn-pattern-2}
6545    @dots{}]
6546   "@var{preparation-statements}")
6547 @end smallexample
6549 The definition is almost identical to @code{define_split}
6550 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6551 single instruction, but a sequence of instructions.
6553 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6554 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6555 will simply not match.
6557 @findex match_scratch
6558 @findex match_dup
6559 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6560 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6561 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6562 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6563 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6564 at which the register must be available.
6566 Here is an example from the IA-32 machine description:
6568 @smallexample
6569 (define_peephole2
6570   [(match_scratch:SI 2 "r")
6571    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6572                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6573                      [(match_dup 0)
6574                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6575               (clobber (reg:CC 17))])]
6576   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6577   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6578    (parallel [(set (match_dup 0)
6579                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6580               (clobber (reg:CC 17))])]
6581   "")
6582 @end smallexample
6584 @noindent
6585 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6586 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6587 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6588 to be live only at the point just before the arithmetic.
6590 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6591 so here's a silly made-up example:
6593 @smallexample
6594 (define_peephole2
6595   [(match_scratch:SI 4 "r")
6596    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6597    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6598    (match_dup 4)
6599    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6600   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6601   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6602    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6603    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6604    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6605   "")
6606 @end smallexample
6608 @noindent
6609 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6610 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6611 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6613 @end ifset
6614 @ifset INTERNALS
6615 @node Insn Attributes
6616 @section Instruction Attributes
6617 @cindex insn attributes
6618 @cindex instruction attributes
6620 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6621 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6622 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6623 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6624 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6625 to track the condition codes.
6627 @menu
6628 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6629 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6630 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6631 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6632 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6633 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6634 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6635 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6636 @end menu
6638 @end ifset
6639 @ifset INTERNALS
6640 @node Defining Attributes
6641 @subsection Defining Attributes and their Values
6642 @cindex defining attributes and their values
6643 @cindex attributes, defining
6645 @findex define_attr
6646 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6647 by the target machine.  It looks like:
6649 @smallexample
6650 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6651 @end smallexample
6653 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6655 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6656 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6657 indicate that the attribute takes numeric values.
6659 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6660 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6661 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6662 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6663 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6665 @findex insn-attr.h
6666 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6667 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6668 specified for an attribute, the following are defined:
6670 @itemize @bullet
6671 @item
6672 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6674 @item
6675 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6676 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6677 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6679 @item
6680 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6681 returns the attribute value for that insn.
6682 @end itemize
6684 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6686 @smallexample
6687 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6688 @end smallexample
6690 @noindent
6691 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6693 @smallexample
6694 #define HAVE_ATTR_type
6695 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6696                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6697 extern enum attr_type get_attr_type ();
6698 @end smallexample
6700 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6701 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6702 @code{int}.
6704 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6705 attributes are not free to use for other purposes:
6707 @table @code
6708 @item length
6709 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6710 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6711 distances. @xref{Insn Lengths}.
6713 @item enabled
6714 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6715 alternatives of an insn definition from being used during code
6716 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6717 @end table
6719 @findex define_enum_attr
6720 @anchor{define_enum_attr}
6721 Another way of defining an attribute is to use:
6723 @smallexample
6724 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
6725 @end smallexample
6727 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
6728 the list of values is taken from a separate enumeration called
6729 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
6730 the same list of values for several attributes without having to
6731 repeat the list each time.  For example:
6733 @smallexample
6734 (define_enum "processor" [
6735   model_a
6736   model_b
6737   @dots{}
6739 (define_enum_attr "arch" "processor"
6740   (const (symbol_ref "target_arch")))
6741 (define_enum_attr "tune" "processor"
6742   (const (symbol_ref "target_tune")))
6743 @end smallexample
6745 defines the same attributes as:
6747 @smallexample
6748 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
6749   (const (symbol_ref "target_arch")))
6750 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
6751   (const (symbol_ref "target_tune")))
6752 @end smallexample
6754 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
6755 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
6756 defines a single C enum (@code{processor}).
6757 @end ifset
6758 @ifset INTERNALS
6759 @node Expressions
6760 @subsection Attribute Expressions
6761 @cindex attribute expressions
6763 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6764 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6765 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6767 @table @code
6768 @cindex @code{const_int} and attributes
6769 @item (const_int @var{i})
6770 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6771 must be non-negative.
6773 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6774 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6775 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6776 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6777 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6779 @cindex @code{const_string} and attributes
6780 @item (const_string @var{value})
6781 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6782 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6783 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6784 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6785 of a @code{define_attr}.
6787 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6788 must be a string containing a non-negative integer (normally
6789 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6790 contain one of the valid values for the attribute.
6792 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6793 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6794 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6795 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6796 otherwise it is @var{false-value}.
6798 @cindex @code{cond} and attributes
6799 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6800 The first operand of this expression is a vector containing an even
6801 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6802 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6803 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6804 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6805 expression is that of the @var{default} expression.
6806 @end table
6808 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6810 @table @code
6811 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6812 @item (const_int @var{i})
6813 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6815 @cindex @code{not} and attributes
6816 @cindex @code{ior} and attributes
6817 @cindex @code{and} and attributes
6818 @item (not @var{test})
6819 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6820 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6821 These tests are true if the indicated logical function is true.
6823 @cindex @code{match_operand} and attributes
6824 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6825 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6826 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6827 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6828 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6829 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6830 string).
6832 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6834 @cindex @code{le} and attributes
6835 @cindex @code{leu} and attributes
6836 @cindex @code{lt} and attributes
6837 @cindex @code{gt} and attributes
6838 @cindex @code{gtu} and attributes
6839 @cindex @code{ge} and attributes
6840 @cindex @code{geu} and attributes
6841 @cindex @code{ne} and attributes
6842 @cindex @code{eq} and attributes
6843 @cindex @code{plus} and attributes
6844 @cindex @code{minus} and attributes
6845 @cindex @code{mult} and attributes
6846 @cindex @code{div} and attributes
6847 @cindex @code{mod} and attributes
6848 @cindex @code{abs} and attributes
6849 @cindex @code{neg} and attributes
6850 @cindex @code{ashift} and attributes
6851 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6852 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6853 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6854 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6855 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6856 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6857 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6858 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6859 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6860 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6861 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6862 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6863 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6864 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6865 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6866 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6867 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6869 @findex get_attr
6870 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6871 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6872 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6873 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6874 variable.
6876 @findex eq_attr
6877 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6878 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6880 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6881 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6882 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6883 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6884 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6885 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6886 @emph{not} in the specified list.
6888 For example,
6890 @smallexample
6891 (eq_attr "type" "load,store")
6892 @end smallexample
6894 @noindent
6895 is equivalent to
6897 @smallexample
6898 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6899 @end smallexample
6901 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6902 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6903 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6904 example,
6906 @smallexample
6907 (eq_attr "alternative" "2,3")
6908 @end smallexample
6910 @noindent
6911 is equivalent to
6913 @smallexample
6914 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6915      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6916 @end smallexample
6918 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6919 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6920 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6922 @findex attr_flag
6923 @item (attr_flag @var{name})
6924 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6925 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6926 scheduled.
6928 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6929 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6930 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6931 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6932 if a conditional branch is expected to be taken.
6934 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6935 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6937 This example describes a conditional branch delay slot which
6938 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6939 for backward branches which are not taken (annul-false).
6941 @smallexample
6942 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6943   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6944    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6945         (attr_flag "forward"))
6946    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6947         (attr_flag "backward"))])
6948 @end smallexample
6950 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6951 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6953 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6954 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6955 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6956 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6958 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6959 meaning to other passes of the compiler.
6961 @findex attr
6962 @item (attr @var{name})
6963 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6964 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6965 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6966 @end table
6968 @end ifset
6969 @ifset INTERNALS
6970 @node Tagging Insns
6971 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6972 @cindex tagging insns
6973 @cindex assigning attribute values to insns
6975 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6976 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6977 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6978 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6979 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6980 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6981 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6982 permits the specification of the values for only one or two attributes
6983 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6984 next section.
6986 The optional last argument of @code{define_insn} and
6987 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6988 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6989 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6990 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6991 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6992 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6994 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6995 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6996 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6997 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6998 each alternative.
7000 @findex set_attr
7001 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7002 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7003 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7004 of attribute values, one for each alternative.
7006 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7007 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7009 @table @code
7010 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7011 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7012 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7013 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7014 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7016 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7017 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7018 that alternative.
7020 @findex set_attr_alternative
7021 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7022 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7023 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7024 tests on the @samp{alternative} attribute.
7026 @findex attr
7027 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7028 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7029 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7030 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7031 @end table
7033 The following shows three different ways of representing the same
7034 attribute value specification:
7036 @smallexample
7037 (set_attr "type" "load,store,arith")
7039 (set_attr_alternative "type"
7040                       [(const_string "load") (const_string "store")
7041                        (const_string "arith")])
7043 (set (attr "type")
7044      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7045             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7046            (const_string "arith")))
7047 @end smallexample
7049 @need 1000
7050 @findex define_asm_attributes
7051 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7052 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7053 statement.  It has the form:
7055 @smallexample
7056 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7057 @end smallexample
7059 @noindent
7060 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7061 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7063 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7064 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7066 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7067 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7068 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7069 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7070 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7071 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7072 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7073 of a single machine instruction.
7075 @end ifset
7076 @ifset INTERNALS
7077 @node Attr Example
7078 @subsection Example of Attribute Specifications
7079 @cindex attribute specifications example
7080 @cindex attribute specifications
7082 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7083 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7084 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7085 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7086 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7088 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7089 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7090 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7091 operations, floating point operations, and branches.
7093 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7094 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7095 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7096 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7097 changed if the item previously set into the condition code has been
7098 modified.
7100 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7102 @smallexample
7103 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7105 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7106              (cond [(eq_attr "type" "load")
7107                         (const_string "change0")
7108                     (eq_attr "type" "store,branch")
7109                         (const_string "unchanged")
7110                     (eq_attr "type" "arith")
7111                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7112                                       (const_string "set")
7113                                       (const_string "clobber"))]
7114                    (const_string "clobber")))
7116 (define_insn ""
7117   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7118         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7119   ""
7120   "@@
7121    move %0,%1
7122    load %0,%1
7123    store %0,%1"
7124   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7125 @end smallexample
7127 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7128 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7129 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7130 full-word result.
7132 @end ifset
7133 @ifset INTERNALS
7134 @node Insn Lengths
7135 @subsection Computing the Length of an Insn
7136 @cindex insn lengths, computing
7137 @cindex computing the length of an insn
7139 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7140 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7141 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7142 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7143 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7144 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7146 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7147 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7149 @table @code
7150 @cindex @code{match_dup} and attributes
7151 @item (match_dup @var{n})
7152 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7153 must be a @code{label_ref}.
7155 @cindex @code{pc} and attributes
7156 @item (pc)
7157 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7158 been more consistent with other usage to make this the address of the
7159 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7160 current insn is to be computed.
7161 @end table
7163 @cindex @code{addr_vec}, length of
7164 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7165 For normal insns, the length will be determined by value of the
7166 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7167 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7168 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7170 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7172 The following macros can be used to refine the length computation:
7174 @table @code
7175 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7176 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7177 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7178 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7179 that contains the initially computed length of the insn and should be
7180 updated with the correct length of the insn.
7182 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7183 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7184 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7185 may be required.
7186 @end table
7188 @findex get_attr_length
7189 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7190 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7191 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7192 example below illustrates.
7194 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7195 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7196 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7197 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7198 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7200 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7201 as follows:
7203 @smallexample
7204 (define_insn "jump"
7205   [(set (pc)
7206         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7207   ""
7209    return (get_attr_length (insn) == 4
7210            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7212   [(set (attr "length")
7213         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7214                       (const_int 4)
7215                       (const_int 6)))])
7216 @end smallexample
7218 @end ifset
7219 @ifset INTERNALS
7220 @node Constant Attributes
7221 @subsection Constant Attributes
7222 @cindex constant attributes
7224 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7225 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7226 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7227 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7229 @smallexample
7230 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7231  (const
7232   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7233          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7234         (const_string "m88000"))))
7236 (define_attr "memory" "fast,slow"
7237  (const
7238   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7239                 (const_string "fast")
7240                 (const_string "slow"))))
7241 @end smallexample
7243 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7244 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7245 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7246 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7247 forms involving insn attributes.
7249 @end ifset
7250 @ifset INTERNALS
7251 @node Delay Slots
7252 @subsection Delay Slot Scheduling
7253 @cindex delay slots, defining
7255 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7256 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7257 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7258 after the instruction are executed as if they were located before it.
7259 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7260 the following instruction before the branch or call is performed.
7262 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7263 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7264 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7265 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7266 annul if the branch is false are supported.
7268 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7269 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7270 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7271 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7272 instruction scheduling.
7274 @findex define_delay
7275 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7276 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7278 @smallexample
7279 (define_delay @var{test}
7280               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7281                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7282                @dots{}])
7283 @end smallexample
7285 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7286 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7287 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7288 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7289 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7290 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7291 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7292 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7293 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7295 For example, in the common case where branch and call insns require
7296 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7297 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7299 @smallexample
7300 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7301               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7302 @end smallexample
7304 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7305 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7306 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7307 expressions are both true.
7309 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7310 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7311 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7312 branch is true, we might represent this as follows:
7314 @smallexample
7315 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7316    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7317     (eq_attr "type" "!branch,call")
7318     (nil)])
7320 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7321               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7322                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7323 @end smallexample
7324 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7326 @end ifset
7327 @ifset INTERNALS
7328 @node Processor pipeline description
7329 @subsection Specifying processor pipeline description
7330 @cindex processor pipeline description
7331 @cindex processor functional units
7332 @cindex instruction latency time
7333 @cindex interlock delays
7334 @cindex data dependence delays
7335 @cindex reservation delays
7336 @cindex pipeline hazard recognizer
7337 @cindex automaton based pipeline description
7338 @cindex regular expressions
7339 @cindex deterministic finite state automaton
7340 @cindex automaton based scheduler
7341 @cindex RISC
7342 @cindex VLIW
7344 To achieve better performance, most modern processors
7345 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7346 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7347 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7348 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7349 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7350 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7351 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7352 MIPS processors).
7354 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7355 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7356 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7357 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7358 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7359 are not available but will be ready in given time after the
7360 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7361 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7362 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7363 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7364 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7365 means that two instructions under execution will be in need of shared
7366 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7367 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7368 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7369 processors.
7371 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7372 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7373 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7374 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7375 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7376 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7377 @dfn{regular expressions}.
7379 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7380 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7381 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7382 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7383 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7384 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7385 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7386 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7387 furthermore, its speed is not dependent on processor
7388 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7389 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7390 can split orthogonal parts of the machine description among several
7391 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7392 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7394 @cindex automaton based pipeline description
7395 The rest of this section describes the directives that constitute
7396 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7397 these constructions within the machine description file is not
7398 important.
7400 @findex define_automaton
7401 @cindex pipeline hazard recognizer
7402 The following optional construction describes names of automata
7403 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7404 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7405 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7406 units to the automata, the total size of the automata is usually
7407 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7408 construction, only one finite state automaton is generated.
7410 @smallexample
7411 (define_automaton @var{automata-names})
7412 @end smallexample
7414 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7415 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7416 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7417 @code{define_query_cpu_unit}.
7419 @findex define_cpu_unit
7420 @cindex processor functional units
7421 Each processor functional unit used in the description of instruction
7422 reservations should be described by the following construction.
7424 @smallexample
7425 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7426 @end smallexample
7428 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7429 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7430 for other goals.
7432 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7433 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7434 construction @code{define_automaton}.  You should give
7435 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7437 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7438 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7439 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7440 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7441 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7442 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7443 description of the subsequent constructions.
7445 @findex define_query_cpu_unit
7446 @cindex querying function unit reservations
7447 The following construction describes CPU functional units analogously
7448 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7449 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7450 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7451 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7452 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7453 @acronym{VLIW} insn templates).
7455 @smallexample
7456 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7457 @end smallexample
7459 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7460 separated by commas.
7462 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7463 which the unit is bound.
7465 @findex define_insn_reservation
7466 @cindex instruction latency time
7467 @cindex regular expressions
7468 @cindex data bypass
7469 The following construction is the major one to describe pipeline
7470 characteristics of an instruction.
7472 @smallexample
7473 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7474                          @var{condition} @var{regexp})
7475 @end smallexample
7477 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7478 instruction.  There is an important difference between the old
7479 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7480 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7481 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7482 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7483 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7484 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7485 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7486 change the default costs for any description by using the target hook
7487 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7489 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7490 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7491 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7492 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7493 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7495 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7496 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7497 @var{condition} for two or more different
7498 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7499 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7500 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7501 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7502 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7503 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7504 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7505 recognizer considerably.
7507 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7508 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7509 expression according to the following syntax:
7511 @smallexample
7512        regexp = regexp "," oneof
7513               | oneof
7515        oneof = oneof "|" allof
7516              | allof
7518        allof = allof "+" repeat
7519              | repeat
7521        repeat = element "*" number
7522               | element
7524        element = cpu_function_unit_name
7525                | reservation_name
7526                | result_name
7527                | "nothing"
7528                | "(" regexp ")"
7529 @end smallexample
7531 @itemize @bullet
7532 @item
7533 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7534 the reservation.
7536 @item
7537 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7538 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7539 regular expression @strong{or} etc.
7541 @item
7542 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7543 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7544 second regular expression @strong{and} etc.
7546 @item
7547 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7548 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7549 advancing (see @samp{,}).
7551 @item
7552 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7553 functional unit.
7555 @item
7556 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7557 @samp{define_reservation}.
7559 @item
7560 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7561 @end itemize
7563 @findex define_reservation
7564 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7565 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7566 the common part by the following construction
7568 @smallexample
7569 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7570 @end smallexample
7572 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7573 Functional unit names and reservation names are in the same name
7574 space.  So the reservation names should be different from the
7575 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7577 @findex define_bypass
7578 @cindex instruction latency time
7579 @cindex data bypass
7580 The following construction is used to describe exceptions in the
7581 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7583 @smallexample
7584 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7585                [@var{guard}])
7586 @end smallexample
7588 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7589 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7590 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7591 the string are separated by commas.
7593 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7594 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7595 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7596 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7597 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7598 of insn @samp{store} (not a stored value).
7600 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7601 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7602 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7603 bypass without the guard function is chosen.
7605 @findex exclusion_set
7606 @findex presence_set
7607 @findex final_presence_set
7608 @findex absence_set
7609 @findex final_absence_set
7610 @cindex VLIW
7611 @cindex RISC
7612 The following five constructions are usually used to describe
7613 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7614 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7615 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7617 @smallexample
7618 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7619 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7620 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7621 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7622 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7623 @end smallexample
7625 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7626 separated by commas.
7628 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7629 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7630 separated by white-spaces.
7632 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7633 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7634 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7635 example, the construction is useful for describing processors
7636 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7637 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7638 point insns or only double floating point insns.
7640 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7641 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7642 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7643 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7644 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7645 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7646 construction
7648 @smallexample
7649 (presence_set "slot1" "slot0")
7650 @end smallexample
7652 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7653 reservation.  In this case we could write
7655 @smallexample
7656 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7657 @end smallexample
7659 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7660 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7661 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7662 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7663 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7664 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7665 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7666 done on the result reservation.  This construction is useful to
7667 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7668 For example, if we use
7670 @smallexample
7671 (presence_set "slot1" "slot0")
7672 @end smallexample
7674 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7675 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7677 @smallexample
7678 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7679 @end smallexample
7681 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7683 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7684 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7685 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7686 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7687 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7688 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7689 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7690 can be described as:
7692 @smallexample
7693 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7694 @end smallexample
7696 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7697 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7698 this case we could write
7700 @smallexample
7701 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7702 @end smallexample
7704 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7705 automaton.
7707 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7708 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7709 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7711 @findex automata_option
7712 @cindex deterministic finite state automaton
7713 @cindex nondeterministic finite state automaton
7714 @cindex finite state automaton minimization
7715 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7716 the following construction.
7718 @smallexample
7719 (automata_option @var{options})
7720 @end smallexample
7722 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7723 code.  Currently there are the following options:
7725 @itemize @bullet
7726 @item
7727 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7728 only worth to do when we are debugging the description and need to
7729 look more accurately at reservations of states.
7731 @item
7732 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7733 automata.
7735 @item
7736 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7737 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7739 @item
7740 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7741 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7742 verification and debugging.
7744 @item
7745 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7746 non-critical errors.
7748 @item
7749 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7750 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7751 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7752 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7753 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7754 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7756 @item
7757 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7758 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7759 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7760 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7761 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7762 huge automaton.
7763 @end itemize
7765 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7766 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7767 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7768 the following functional units.
7770 @smallexample
7771 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7772 (define_cpu_unit "port0, port1")
7773 @end smallexample
7775 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7776 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7777 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7778 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7779 multiplication insns can be executed only in the second integer
7780 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7781 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7782 integer division insn can not be issued until the current division
7783 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7784 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7785 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7786 incurred.  To describe all of this we could specify
7788 @smallexample
7789 (define_cpu_unit "div")
7791 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7792                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7794 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7795                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7797 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7798                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7800 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7801                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7803 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7804 @end smallexample
7806 To simplify the description we could describe the following reservation
7808 @smallexample
7809 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7810 @end smallexample
7812 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7813 construction
7815 @smallexample
7816 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7817                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7818 @end smallexample
7821 @end ifset
7822 @ifset INTERNALS
7823 @node Conditional Execution
7824 @section Conditional Execution
7825 @cindex conditional execution
7826 @cindex predication
7828 A number of architectures provide for some form of conditional
7829 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7830 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7831 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7832 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7833 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7835 @findex define_cond_exec
7836 @smallexample
7837 (define_cond_exec
7838   [@var{predicate-pattern}]
7839   "@var{condition}"
7840   "@var{output-template}")
7841 @end smallexample
7843 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7844 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7845 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7846 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7847 alternative.
7849 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7850 pattern to match.
7852 @findex current_insn_predicate
7853 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7854 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7855 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7856 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7857 In order to handle the general case, there is a global variable
7858 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7859 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7861 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7862 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7863 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7864 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7865 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7866 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7867 alternative or anything else.
7869 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7870 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7871 generated that matches a predicated version of the instruction.
7872 For example,
7874 @smallexample
7875 (define_insn "addsi"
7876   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7877         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7878                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7879   "@var{test1}"
7880   "add %2,%1,%0")
7882 (define_cond_exec
7883   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7884        (const_int 0))]
7885   "@var{test2}"
7886   "(%0)")
7887 @end smallexample
7889 @noindent
7890 generates a new pattern
7892 @smallexample
7893 (define_insn ""
7894   [(cond_exec
7895      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7896      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7897           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7898                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7899   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7900   "(%3) add %2,%1,%0")
7901 @end smallexample
7903 @end ifset
7904 @ifset INTERNALS
7905 @node Constant Definitions
7906 @section Constant Definitions
7907 @cindex constant definitions
7908 @findex define_constants
7910 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7911 can be a maintenance problem.
7913 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7914 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7915 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7916 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7917 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7918 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7919 a different value.
7921 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7923 @smallexample
7924 (define_insn ""
7925   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7926      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7927            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7928       (use (reg:SI 179))
7929       (clobber (reg:SI 179))])]
7930   ""
7931   "loadm 0,0,%1,%2")
7932 @end smallexample
7934 You could write:
7936 @smallexample
7937 (define_constants [
7938     (R_BP 177)
7939     (R_FC 178)
7940     (R_CR 179)
7941     (R_Q  180)
7944 (define_insn ""
7945   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7946      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7947            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7948       (use (reg:SI R_CR))
7949       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7950   ""
7951   "loadm 0,0,%1,%2")
7952 @end smallexample
7954 The constants that are defined with a define_constant are also output
7955 in the insn-codes.h header file as #defines.
7957 @cindex enumerations
7958 @findex define_c_enum
7959 You can also use the machine description file to define enumerations.
7960 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
7961 are visible to both the machine description file and the main C code.
7963 The syntax is as follows:
7965 @smallexample
7966 (define_c_enum "@var{name}" [
7967   @var{value0}
7968   @var{value1}
7969   @dots{}
7970   @var{valuen}
7972 @end smallexample
7974 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
7975 in @file{insn-constants.h}:
7977 @smallexample
7978 enum @var{name} @{
7979   @var{value0} = 0,
7980   @var{value1} = 1,
7981   @dots{}
7982   @var{valuen} = @var{n}
7984 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
7985 @end smallexample
7987 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
7988 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
7989 file, just as if it had been declared with:
7991 @smallexample
7992 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
7993 @end smallexample
7995 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
7996 begins with @var{cname}.
7998 You can split the enumeration definition into as many statements as
7999 you like.  The above example is directly equivalent to:
8001 @smallexample
8002 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8003 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8004 @dots{}
8005 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8006 @end smallexample
8008 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8009 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8010 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8011 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8012 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8014 Some enumeration names have special significance to GCC:
8016 @table @code
8017 @item unspecv
8018 @findex unspec_volatile
8019 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8020 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8022 @smallexample
8023 (define_c_enum "unspecv" [
8024   UNSPECV_BLOCKAGE
8026 @end smallexample
8028 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8030 @smallexample
8031 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8032 @end smallexample
8034 @item unspec
8035 @findex unspec
8036 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8037 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8038 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8039 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8040 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8041 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8042 for both.
8043 @end table
8045 @findex define_enum
8046 @anchor{define_enum}
8047 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8049 @smallexample
8050 (define_enum "@var{name}" [
8051   @var{value0}
8052   @var{value1}
8053   @dots{}
8054   @var{valuen}
8056 @end smallexample
8058 This directive implies:
8060 @smallexample
8061 (define_c_enum "@var{name}" [
8062   @var{cname}_@var{cvalue0}
8063   @var{cname}_@var{cvalue1}
8064   @dots{}
8065   @var{cname}_@var{cvaluen}
8067 @end smallexample
8069 @findex define_enum_attr
8070 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8071 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8072 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8073 (@pxref{define_enum_attr}).
8074 @end ifset
8075 @ifset INTERNALS
8076 @node Iterators
8077 @section Iterators
8078 @cindex iterators in @file{.md} files
8080 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8081 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8082 facilities to make this process easier.
8084 @menu
8085 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8086 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8087 @end menu
8089 @node Mode Iterators
8090 @subsection Mode Iterators
8091 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8093 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8094 For example:
8096 @itemize @bullet
8097 @item
8098 If a processor has hardware support for both single and double
8099 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8100 very similar to the @code{DFmode} ones.
8102 @item
8103 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8104 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8105 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8106 @end itemize
8108 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8109 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8110 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8111 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8113 @menu
8114 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8115 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8116 * Examples::                Examples
8117 @end menu
8119 @node Defining Mode Iterators
8120 @subsubsection Defining Mode Iterators
8121 @findex define_mode_iterator
8123 The syntax for defining a mode iterator is:
8125 @smallexample
8126 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8127 @end smallexample
8129 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8130 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8131 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8132 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8133 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8134 C condition will also require that @var{condi} be true.
8136 For example:
8138 @smallexample
8139 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8140 @end smallexample
8142 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8143 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8144 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8145 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8146 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8148 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8149 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8150 to @code{@var{mode}}.  For example:
8152 @smallexample
8153 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8154 @end smallexample
8156 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8157 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8159 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8160 significant if two iterators are used in a construct that requires
8161 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8163 @node Substitutions
8164 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8165 @findex define_mode_attr
8167 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8168 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8169 example:
8171 @itemize @bullet
8172 @item
8173 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8174 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8175 appropriate mode name for @var{m}.
8177 @item
8178 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8179 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8181 @item
8182 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8183 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8184 mode for the other operand(s).
8185 @end itemize
8187 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8188 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8189 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8190 upper case.  You can define other attributes using:
8192 @smallexample
8193 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8194 @end smallexample
8196 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8197 is the value associated with @var{modei}.
8199 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8200 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8201 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8202 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8203 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8204 value.
8206 For example, suppose an @file{.md} file has:
8208 @smallexample
8209 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8210 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8211 @end smallexample
8213 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8214 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8215 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8216 @code{"ld\t%0,%1"}.
8218 Here is an example of using an attribute for a mode:
8220 @smallexample
8221 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8222 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8223 (define_insn @dots{}
8224   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8225 @end smallexample
8227 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8228 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8230 @node Examples
8231 @subsubsection Mode Iterator Examples
8233 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8234 modes and attributes (among others):
8236 @smallexample
8237 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8238 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8239 @end smallexample
8241 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8242 and @code{subdi3}:
8244 @smallexample
8245 (define_insn "sub<mode>3"
8246   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8247         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8248                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8249   ""
8250   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8251   [(set_attr "type" "arith")
8252    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8253 @end smallexample
8255 This is exactly equivalent to:
8257 @smallexample
8258 (define_insn "subsi3"
8259   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8260         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8261                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8262   ""
8263   "subu\t%0,%1,%2"
8264   [(set_attr "type" "arith")
8265    (set_attr "mode" "SI")])
8267 (define_insn "subdi3"
8268   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8269         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8270                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8271   ""
8272   "dsubu\t%0,%1,%2"
8273   [(set_attr "type" "arith")
8274    (set_attr "mode" "DI")])
8275 @end smallexample
8277 @node Code Iterators
8278 @subsection Code Iterators
8279 @cindex code iterators in @file{.md} files
8280 @findex define_code_iterator
8281 @findex define_code_attr
8283 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8285 The construct:
8287 @smallexample
8288 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8289 @end smallexample
8291 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8292 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8293 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8295 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8296 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8297 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8298 @xref{Defining Mode Iterators}.
8300 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8301 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8302 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8303 Other attributes are defined using:
8305 @smallexample
8306 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8307 @end smallexample
8309 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8311 @smallexample
8312 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8313                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8315 (define_expand "b<code>"
8316   [(set (pc)
8317         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8318                                    (const_int 0))
8319                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8320                       (pc)))]
8321   ""
8323   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8324   DONE;
8326 @end smallexample
8328 This is equivalent to:
8330 @smallexample
8331 (define_expand "bunordered"
8332   [(set (pc)
8333         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8334                                     (const_int 0))
8335                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8336                       (pc)))]
8337   ""
8339   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8340   DONE;
8343 (define_expand "bordered"
8344   [(set (pc)
8345         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8346                                   (const_int 0))
8347                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8348                       (pc)))]
8349   ""
8351   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8352   DONE;
8355 @dots{}
8356 @end smallexample
8358 @end ifset