OSDN Git Service

23154cdc08f990e84264a2f8fb711717fb001937
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 2000, 2001
2 @c Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
49
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
52
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
54
55 @enumerate
56
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
59
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
63
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
67
68 @end enumerate
69
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
78
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
87
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
92
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
97
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
102
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
108
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
110
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
118
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
123
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
126
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
131
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
138
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
143
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
149
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
156
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.
162
163 @item
164 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
165 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
166 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
167
168 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
169 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
170
171 @item
172 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
173 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
174 @end enumerate
175
176 @node Example
177 @section Example of @code{define_insn}
178 @cindex @code{define_insn} example
179
180 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
181
182 @example
183 (define_insn "tstsi"
184   [(set (cc0)
185         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
186   ""
187   "*
188 @{ 
189   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
190     return \"tstl %0\";
191   return \"cmpl #0,%0\"; 
192 @}")
193 @end example
194
195 @noindent
196 This can also be written using braced strings:
197
198 @example
199 (define_insn "tstsi"
200   [(set (cc0)
201         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
202   ""
203 @{ 
204   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
205     return "tstl %0";
206   return "cmpl #0,%0"; 
207 @})
208 @end example
209
210 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
211 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
212 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
213 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
214 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
215 can be constructed using this pattern.
216
217 The output control string is a piece of C code which chooses which
218 output template to return based on the kind of operand and the specific
219 type of CPU for which code is being generated.
220
221 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
222
223 @node RTL Template
224 @section RTL Template
225 @cindex RTL insn template
226 @cindex generating insns
227 @cindex insns, generating
228 @cindex recognizing insns
229 @cindex insns, recognizing
230
231 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
232 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
233 says how to construct an insn from specified operands.
234
235 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
236 template.  Matching involves determining the values that serve as the
237 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
238 controlled by special expression types that direct matching and
239 substitution of the operands.
240
241 @table @code
242 @findex match_operand
243 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
244 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
245 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
246 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
247 appears at this position in the insn will be taken as operand
248 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
249 pattern will not match at all.
250
251 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
252 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
253 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
254 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
255 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
256 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
257 other operand numbers.
258
259 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
260 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
261 function will be called with the putative operand as the expression and
262 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
263 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
264 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
265 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
266 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
267
268 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
269 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
270 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
271 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
272 @code{VOIDmode}.
273
274 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
275 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
276
277 People are often unclear on the difference between the constraint and the
278 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
279 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
280 controls various decisions in the case of an insn which does match.
281
282 @findex general_operand
283 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
284 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
285 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
286 it is valid for mode @var{m}.
287
288 @findex register_operand
289 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
290 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
291 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
292 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
293 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
294 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
295 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
296 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
297
298 @findex immediate_operand
299 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
300 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
301 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
302 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
303 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
304 crash when that case arises.
305
306 @findex match_scratch
307 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
308 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
309 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
310 expression.
311
312 When matching patterns, this is equivalent to
313
314 @smallexample
315 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
316 @end smallexample
317
318 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
319 expression.
320
321 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
322 expressions whose operands are either a hard register or
323 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
324 necessary.  @xref{Side Effects}.
325
326 @findex match_dup
327 @item (match_dup @var{n})
328 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
329 It is used when the operand needs to appear more than once in the
330 insn.
331
332 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
333 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
334 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
335 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
336 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
337 identical-looking expression.
338
339 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
340 a particular register is being used for two operands (example:
341 @code{add} that adds one register to another; the second register is
342 both an input operand and the output operand).  Use a matching
343 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
344 operand is used in two places in the template, such as an instruction
345 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
346 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
347 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
348
349 @findex match_operator
350 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
351 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
352 code.
353
354 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
355 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
356 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
357
358 When matching an expression, it matches an expression if the function
359 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
360 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
361
362 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
363 follows, to match any expression whose operator is one of the
364 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
365
366 @smallexample
367 int
368 commutative_operator (x, mode)
369      rtx x;
370      enum machine_mode mode;
371 @{
372   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
373   if (GET_MODE (x) != mode)
374     return 0;
375   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
376           || code == EQ || code == NE);
377 @}
378 @end smallexample
379
380 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
381 of a commutative operator applied to two general operands:
382
383 @smallexample
384 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
385   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
386    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
387 @end smallexample
388
389 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
390 because the expressions to be matched all contain two operands.
391
392 When this pattern does match, the two operands of the commutative
393 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
394 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
395 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
396 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
397
398 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
399 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
400 predicate function, and that function is solely responsible for
401 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
402
403 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
404 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
405 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
406 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
407 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
408 only its expression code matters.
409
410 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
411 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
412 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
413 register allocation because the register allocator often looks at
414 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
415
416 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
417 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
418 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
419 However, if parts of its @var{operands} are matched by
420 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
421 their own.
422
423 @findex match_op_dup
424 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
425 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
426 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
427 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
428 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
429 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
430 recognition template, and it matches only an identical-looking
431 expression.
432
433 @findex match_parallel
434 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
435 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
436 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
437 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
438
439 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
440 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
441 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
442 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
443 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
444 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
445 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
446 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
447 those listed in the @code{match_parallel}.
448
449 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
450 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
451 in a @code{parallel}.  For example,
452
453 @smallexample
454 (define_insn ""
455   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
456      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
457            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
458       (use (reg:SI 179))
459       (clobber (reg:SI 179))])]
460   ""
461   "loadm 0,0,%1,%2")
462 @end smallexample
463
464 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
465 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
466 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
467 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
468 registers and memory locations.
469
470 An insn that matches this pattern might look like:
471
472 @smallexample
473 (parallel
474  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
475   (use (reg:SI 179))
476   (clobber (reg:SI 179))
477   (set (reg:SI 21)
478        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
479                         (const_int 4))))
480   (set (reg:SI 22)
481        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
482                         (const_int 8))))])
483 @end smallexample
484
485 @findex match_par_dup
486 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
487 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
488 @code{match_operator}.
489
490 @findex match_insn
491 @item (match_insn @var{predicate})
492 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
493 @code{match_insn} does not take an operand number.
494
495 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
496 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
497 predicate function, and that function is solely responsible for
498 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
499
500 @findex match_insn2
501 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
502 Match a complete insn.
503
504 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
505 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
506 predicate function, and that function is solely responsible for
507 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
508
509 @end table
510
511 @node Output Template
512 @section Output Templates and Operand Substitution
513 @cindex output templates
514 @cindex operand substitution
515
516 @cindex @samp{%} in template
517 @cindex percent sign
518 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
519 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
520 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
521 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
522 identify places where different variants of the assembler require
523 different syntax.
524
525 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
526 operand @var{n} at that point in the string.
527
528 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
529 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
530 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
531 additional letters with nonstandard meanings.
532
533 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
534 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
535 operand.
536
537 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
538 the constant is negated before printing.
539
540 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
541 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
542 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
543 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
544 as if it were a memory reference.
545
546 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
547 instruction.
548
549 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
550 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
551 referred to more than once in a single template that generates multiple
552 assembler instructions.
553
554 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
555 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
556 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
557 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
558 which punctuation characters are valid with the
559 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
560
561 @cindex \
562 @cindex backslash
563 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
564 for the instructions, with @samp{\;} between them.
565
566 @cindex matching operands
567 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
568 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
569 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
570 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
571 operand.
572
573 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
574 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
575 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
576 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
577 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
578 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
579 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
580 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
581 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
582 it to do nothing.
583
584 @cindex @code{#} in template
585 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
586 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
587 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
588 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
589 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
590 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
591 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
592 instructions.
593
594 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
595 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
596 describe multiple variants of assembler language syntax.
597 @xref{Instruction Output}.
598
599 @node Output Statement
600 @section C Statements for Assembler Output
601 @cindex output statements
602 @cindex C statements for assembler output
603 @cindex generating assembler output
604
605 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
606 assembler code for all the cases that are recognized by a single
607 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
608 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
609 machine instructions.
610
611 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
612 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
613 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
614 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
615 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
616 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
617 might write this pattern:
618
619 @smallexample
620 (define_insn "addsi3"
621   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
622         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
623                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
624   ""
625   "@@
626    addr %2,%0
627    addm %2,%0")
628 @end smallexample
629
630 @cindex @code{*} in template
631 @cindex asterisk in template
632 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
633 output template but rather a piece of C program that should compute a
634 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
635 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
636 require doublequote characters to delimit them.  To include these
637 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
638
639 If the output control string is written as a brace block instead of a
640 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
641 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
642 doublequotes surrounding C string literals.
643
644 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
645 is @code{rtx []}.
646
647 It is very common to select different ways of generating assembler code
648 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
649 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
650 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
651 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
652 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
653 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
654 values of those bits.
655
656 @findex output_asm_insn
657 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
658 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
659 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
660 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
661 that you declare locally and initialize yourself.
662
663 @findex which_alternative
664 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
665 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
666 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
667 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
668 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
669 etc.).
670
671 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
672 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
673 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
674
675 @smallexample
676 (define_insn ""
677   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
678         (const_int 0))]
679   ""
680   @{
681   return (which_alternative == 0
682           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
683   @})
684 @end smallexample
685
686 The example above, where the assembler code to generate was
687 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
688 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
689
690 @smallexample
691 @group
692 (define_insn ""
693   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
694         (const_int 0))]
695   ""
696   "@@
697    clrreg %0
698    clrmem %0")
699 @end group
700 @end smallexample
701 @end ifset
702
703 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
704 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the full
705 @c manual's context are conditionalized to appear only in the full manual.
706 @ifset INTERNALS
707 @node Constraints
708 @section Operand Constraints
709 @cindex operand constraints
710 @cindex constraints
711
712 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
713 constraint for the type of operands allowed.
714 @end ifset
715 @ifclear INTERNALS
716 @node Constraints
717 @section Constraints for @code{asm} Operands
718 @cindex operand constraints, @code{asm}
719 @cindex constraints, @code{asm}
720 @cindex @code{asm} constraints
721
722 Here are specific details on what constraint letters you can use with
723 @code{asm} operands.
724 @end ifclear
725 Constraints can say whether
726 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
727 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
728 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
729 have.  Constraints can also require two operands to match.
730
731 @ifset INTERNALS
732 @menu
733 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
734 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
735 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
736 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
737 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
738 @end menu
739 @end ifset
740
741 @ifclear INTERNALS
742 @menu
743 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
744 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
745 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
746 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
747 @end menu
748 @end ifclear
749
750 @node Simple Constraints
751 @subsection Simple Constraints
752 @cindex simple constraints
753
754 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
755 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
756 the letters that are allowed:
757
758 @table @asis
759 @item whitespace
760 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
761 except the first.  This enables each alternative for different operands to
762 be visually aligned in the machine description even if they have different
763 number of constraints and modifiers.
764
765 @cindex @samp{m} in constraint
766 @cindex memory references in constraints
767 @item @samp{m}
768 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
769 supports in general.
770
771 @cindex offsettable address
772 @cindex @samp{o} in constraint
773 @item @samp{o}
774 A memory operand is allowed, but only if the address is
775 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
776 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
777 may be added to the address and the result is also a valid memory
778 address.
779
780 @cindex autoincrement/decrement addressing
781 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
782 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
783 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
784 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
785 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
786 addresses may or may not be offsettable depending on the other
787 addressing modes that the machine supports.
788
789 Note that in an output operand which can be matched by another
790 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
791 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
792 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
793
794 @cindex @samp{V} in constraint
795 @item @samp{V}
796 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
797 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
798
799 @cindex @samp{<} in constraint
800 @item @samp{<}
801 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
802 postdecrement) is allowed.
803
804 @cindex @samp{>} in constraint
805 @item @samp{>}
806 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
807 postincrement) is allowed.
808
809 @cindex @samp{r} in constraint
810 @cindex registers in constraints
811 @item @samp{r}
812 A register operand is allowed provided that it is in a general
813 register.
814
815 @cindex constants in constraints
816 @cindex @samp{i} in constraint
817 @item @samp{i}
818 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
819 This includes symbolic constants whose values will be known only at
820 assembly time.
821
822 @cindex @samp{n} in constraint
823 @item @samp{n}
824 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
825 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
826 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
827 rather than @samp{i}.
828
829 @cindex @samp{I} in constraint
830 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
831 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
832 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
833 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
834 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
835 This is the range permitted as a shift count in the shift
836 instructions.
837
838 @cindex @samp{E} in constraint
839 @item @samp{E}
840 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
841 allowed, but only if the target floating point format is the same as
842 that of the host machine (on which the compiler is running).
843
844 @cindex @samp{F} in constraint
845 @item @samp{F}
846 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
847 allowed.
848
849 @cindex @samp{G} in constraint
850 @cindex @samp{H} in constraint
851 @item @samp{G}, @samp{H}
852 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
853 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
854
855 @cindex @samp{s} in constraint
856 @item @samp{s}
857 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
858 allowed.
859
860 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
861 value not known at compile time, it certainly must allow any known
862 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
863 better code to be generated.
864
865 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
866 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
867 and 127, better code results from loading the value into a register and
868 using the register.  This is because the load into the register can be
869 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
870 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
871 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
872 constraints.
873
874 @cindex @samp{g} in constraint
875 @item @samp{g}
876 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
877 registers that are not general registers.
878
879 @cindex @samp{X} in constraint
880 @item @samp{X}
881 @ifset INTERNALS
882 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
883 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
884 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
885 require a scratch register.
886 @end ifset
887 @ifclear INTERNALS
888 Any operand whatsoever is allowed.
889 @end ifclear
890
891 @cindex @samp{0} in constraint
892 @cindex digits in constraint
893 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
894 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
895 digit is used together with letters within the same alternative, the
896 digit should come last.
897
898 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
899 digits are encountered consecutavely, they are interpreted as a single
900 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
901 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
902 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
903 can use multiple alternatives instead.
904
905 @cindex matching constraint
906 @cindex constraint, matching
907 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
908 that the assembler has only a single operand that fills two roles
909 @ifset INTERNALS
910 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
911 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
912 @end ifset
913 @ifclear INTERNALS
914 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
915 two input operands and an output operand, but on most CISC
916 @end ifclear
917 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
918 input-output operand:
919
920 @smallexample
921 addl #35,r12
922 @end smallexample
923
924 Matching constraints are used in these circumstances.
925 More precisely, the two operands that match must include one input-only
926 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
927 smaller number than the number of the operand that uses it in the
928 constraint.
929
930 @ifset INTERNALS
931 For operands to match in a particular case usually means that they
932 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
933 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
934 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
935 For proper results in such cases, the output template should always
936 use the output-operand's number when printing the operand.
937 @end ifset
938
939 @cindex load address instruction
940 @cindex push address instruction
941 @cindex address constraints
942 @cindex @samp{p} in constraint
943 @item @samp{p}
944 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
945 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
946
947 @findex address_operand
948 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
949 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
950 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
951 reference for which the address would be valid.
952
953 @cindex other register constraints
954 @cindex extensible constraints
955 @item @var{other-letters}
956 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
957 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
958 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
959 for data, address and floating point registers.
960
961 @ifset INTERNALS
962 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
963 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
964 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
965
966 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRANT} would be to distinguish certain
967 types of memory references that affect other insn operands.
968 @end ifset
969 @end table
970
971 @ifset INTERNALS
972 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
973 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
974 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
975 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
976 done by copying an operand into a register.
977
978 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
979
980 @smallexample
981 (define_insn ""
982   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
983         (plus:SI (match_dup 0)
984                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
985   ""
986   "@dots{}")
987 @end smallexample
988
989 @noindent
990 which has two operands, one of which must appear in two places, and
991
992 @smallexample
993 (define_insn ""
994   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
995         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
996                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
997   ""
998   "@dots{}")
999 @end smallexample
1000
1001 @noindent
1002 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1003 identical.  If we are considering an insn of the form
1004
1005 @smallexample
1006 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1007   (set (reg:SI 3)
1008        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1009   @dots{})
1010 @end smallexample
1011
1012 @noindent
1013 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1014 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1015 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1016 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1017 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1018 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1019 results might look like this:
1020
1021 @smallexample
1022 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1023   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1024   @dots{})
1025
1026 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1027   (set (reg:SI 3)
1028        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1029   @dots{})
1030 @end smallexample
1031
1032 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1033 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1034 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1035 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1036 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1037 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1038 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1039 reloading any possible operand so that it will fit.
1040
1041 @itemize @bullet
1042 @item
1043 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1044 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1045
1046 For example, an operand whose constraints permit everything except
1047 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1048
1049 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1050 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1051 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1052 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1053 more selective.
1054
1055 @item
1056 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1057 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1058 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1059 compiler knows how to copy a register into another register of the
1060 proper class in order to make an instruction valid.
1061
1062 @cindex nonoffsettable memory reference
1063 @cindex memory reference, nonoffsettable
1064 @item
1065 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1066 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1067 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1068
1069 @item
1070 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1071 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1072 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1073 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1074
1075 @item
1076 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1077 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1078 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1079 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1080 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1081 objects allowed by the constraint.
1082 @end itemize
1083
1084 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1085 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1086 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1087 how to copy a register temporarily into memory.
1088
1089 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1090 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1091 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1092 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1093 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1094 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1095 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1096 @code{sign_extend}.
1097 @end ifset
1098
1099 @node Multi-Alternative
1100 @subsection Multiple Alternative Constraints
1101 @cindex multiple alternative constraints
1102
1103 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1104 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1105 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1106 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1107 another.
1108
1109 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1110 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1111 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1112 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1113 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1114 @ifset INTERNALS
1115 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1116
1117 @smallexample
1118 (define_insn "iorsi3"
1119   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1120         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1121                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1122   @dots{})
1123 @end smallexample
1124
1125 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1126 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1127 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1128 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1129 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1130 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1131 @end ifset
1132
1133 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1134 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1135 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1136 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1137 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1138 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1139 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1140
1141 @table @code
1142 @cindex @samp{?} in constraint
1143 @cindex question mark
1144 @item ?
1145 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1146 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1147 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1148 in it.
1149
1150 @cindex @samp{!} in constraint
1151 @cindex exclamation point
1152 @item !
1153 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1154 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1155 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1156 @end table
1157
1158 @ifset INTERNALS
1159 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1160 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1161 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1162 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1163 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1164 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1165 @end ifset
1166
1167 @ifset INTERNALS
1168 @node Class Preferences
1169 @subsection Register Class Preferences
1170 @cindex class preference constraints
1171 @cindex register class preference constraints
1172
1173 @cindex voting between constraint alternatives
1174 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1175 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1176 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1177 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1178 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1179 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1180 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1181 favor of a general register.  The machine description says which registers
1182 are considered general.
1183
1184 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1185 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1186 @end ifset
1187
1188 @node Modifiers
1189 @subsection Constraint Modifier Characters
1190 @cindex modifiers in constraints
1191 @cindex constraint modifier characters
1192
1193 @c prevent bad page break with this line
1194 Here are constraint modifier characters.
1195
1196 @table @samp
1197 @cindex @samp{=} in constraint
1198 @item =
1199 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1200 value is discarded and replaced by output data.
1201
1202 @cindex @samp{+} in constraint
1203 @item +
1204 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1205
1206 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1207 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1208 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1209 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1210 are assumed to be input only.
1211
1212 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1213 first character of the constraint string.
1214
1215 @cindex @samp{&} in constraint
1216 @cindex earlyclobber operand
1217 @item &
1218 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1219 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1220 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1221 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1222 address.
1223
1224 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1225 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1226 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1227 @samp{movdf} insn of the 68000.
1228
1229 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1230 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1231 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1232 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1233 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1234
1235 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1236
1237 @cindex @samp{%} in constraint
1238 @item %
1239 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1240 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1241 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1242 constraints.
1243 @ifset INTERNALS
1244 This is often used in patterns for addition instructions
1245 that really have only two operands: the result must go in one of the
1246 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1247 instruction is defined:
1248
1249 @smallexample
1250 (define_insn "addhi3"
1251   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1252      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1253               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1254   @dots{})
1255 @end smallexample
1256 @end ifset
1257
1258 @cindex @samp{#} in constraint
1259 @item #
1260 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1261 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1262 register preferences.
1263
1264 @ifset INTERNALS
1265 @cindex @samp{*} in constraint
1266 @item *
1267 Says that the following character should be ignored when choosing
1268 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1269 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1270
1271 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1272 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1273 copying it into an address register.  While either kind of register is
1274 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1275 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1276 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1277 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1278 register preferences.
1279
1280 @smallexample
1281 (define_insn "extendhisi2"
1282   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1283         (sign_extend:SI
1284          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1285   @dots{})
1286 @end smallexample
1287 @end ifset
1288 @end table
1289
1290 @node Machine Constraints
1291 @subsection Constraints for Particular Machines
1292 @cindex machine specific constraints
1293 @cindex constraints, machine specific
1294
1295 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1296 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1297 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1298 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1299 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1300 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1301 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1302 immediate-constant format.
1303
1304 For each machine architecture, the
1305 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1306 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1307 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1308 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1309 The constraints are defined through these macros:
1310
1311 @table @code
1312 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1313 Register class constraints (usually lower case).
1314
1315 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1316 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1317 word size or smaller precision (usually upper case).
1318
1319 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1321 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1322
1323 @item EXTRA_CONSTRAINT
1324 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1325 is only defined for some machines.
1326 @end table
1327
1328 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1329 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1330 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1331 available on some particular machines.
1332
1333 @table @emph
1334 @item ARM family---@file{arm.h}
1335 @table @code
1336 @item f
1337 Floating-point register
1338
1339 @item F
1340 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1341 or 10.0
1342
1343 @item G
1344 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1345 were negated
1346
1347 @item I
1348 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1349 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1350 multiple of 2
1351
1352 @item J
1353 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1354
1355 @item K
1356 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1357
1358 @item L
1359 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1360
1361 @item M
1362 Integer in the range 0 to 32
1363
1364 @item Q
1365 A memory reference where the exact address is in a single register
1366 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1367
1368 @item R
1369 An item in the constant pool
1370
1371 @item S
1372 A symbol in the text segment of the current file
1373 @end table
1374
1375 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1376 @table @code
1377 @item l
1378 Local register 0
1379
1380 @item b
1381 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1382
1383 @item q
1384 @samp{Q} register
1385
1386 @item h
1387 Special purpose register
1388
1389 @item A
1390 First accumulator register
1391
1392 @item a
1393 Other accumulator register
1394
1395 @item f
1396 Floating point register
1397
1398 @item I
1399 Constant greater than 0, less than 0x100
1400
1401 @item J
1402 Constant greater than 0, less than 0x10000
1403
1404 @item K
1405 Constant whose high 24 bits are on (1)
1406
1407 @item L
1408 16-bit constant whose high 8 bits are on (1)
1409
1410 @item M
1411 32-bit constant whose high 16 bits are on (1)
1412
1413 @item N
1414 32-bit negative constant that fits in 8 bits
1415
1416 @item O
1417 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32-bit constant
1418 whose low 16 bits are 0.
1419
1420 @item P
1421 16-bit negative constant that fits in 8 bits
1422
1423 @item G
1424 @itemx H
1425 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1426 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1427 @end table
1428
1429 @item AVR family---@file{avr.h}
1430 @table @code
1431 @item l
1432 Registers from r0 to r15
1433
1434 @item a
1435 Registers from r16 to r23
1436
1437 @item d
1438 Registers from r16 to r31
1439
1440 @item w
1441 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1442
1443 @item e
1444 Pointer register (r26--r31)
1445
1446 @item b
1447 Base pointer register (r28--r31)
1448
1449 @item q
1450 Stack pointer register (SPH:SPL)
1451
1452 @item t
1453 Temporary register r0
1454
1455 @item x
1456 Register pair X (r27:r26)
1457
1458 @item y
1459 Register pair Y (r29:r28)
1460
1461 @item z
1462 Register pair Z (r31:r30)
1463
1464 @item I
1465 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1466
1467 @item J
1468 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1469
1470 @item K
1471 Constant integer 2
1472
1473 @item L
1474 Constant integer 0
1475
1476 @item M
1477 Constant that fits in 8 bits
1478
1479 @item N
1480 Constant integer @minus{}1
1481
1482 @item O
1483 Constant integer 8, 16, or 24
1484
1485 @item P
1486 Constant integer 1
1487
1488 @item G
1489 A floating point constant 0.0
1490 @end table
1491
1492 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1493 @table @code
1494 @item b
1495 Address base register
1496
1497 @item f
1498 Floating point register
1499
1500 @item h
1501 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1502
1503 @item q
1504 @samp{MQ} register
1505
1506 @item c
1507 @samp{CTR} register
1508
1509 @item l
1510 @samp{LINK} register
1511
1512 @item x
1513 @samp{CR} register (condition register) number 0
1514
1515 @item y
1516 @samp{CR} register (condition register)
1517
1518 @item z
1519 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1520
1521 @item I
1522 Signed 16-bit constant
1523
1524 @item J
1525 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1526 @code{SImode} constants)
1527
1528 @item K
1529 Unsigned 16-bit constant
1530
1531 @item L
1532 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1533
1534 @item M
1535 Constant larger than 31
1536
1537 @item N
1538 Exact power of 2
1539
1540 @item O
1541 Zero
1542
1543 @item P
1544 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1545
1546 @item G
1547 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1548 instruction per word
1549
1550 @item Q
1551 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1552 for @code{asm} statements)
1553
1554 @item R
1555 AIX TOC entry
1556
1557 @item S
1558 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1559
1560 @item T
1561 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1562
1563 @item U
1564 System V Release 4 small data area reference
1565 @end table
1566
1567 @item Intel 386---@file{i386.h}
1568 @table @code
1569 @item q
1570 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1571 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1572 do not use upper halves)
1573
1574 @item Q
1575 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1576 that do use upper halves)
1577
1578 @item R
1579 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1580 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1581 instruction)
1582
1583 @item A
1584 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1585 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1586 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1587 @samp{a} register holding the least significant bits.
1588
1589 @item f
1590 Floating point register
1591
1592 @item t
1593 First (top of stack) floating point register
1594
1595 @item u
1596 Second floating point register
1597
1598 @item a
1599 @samp{a} register
1600
1601 @item b
1602 @samp{b} register
1603
1604 @item c
1605 @samp{c} register
1606
1607 @item d
1608 @samp{d} register
1609
1610 @item D
1611 @samp{di} register
1612
1613 @item S
1614 @samp{si} register
1615
1616 @item x
1617 @samp{xmm} SSE register
1618
1619 @item y
1620 MMX register
1621
1622 @item I
1623 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1624
1625 @item J
1626 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1627
1628 @item K
1629 @samp{0xff}
1630
1631 @item L
1632 @samp{0xffff}
1633
1634 @item M
1635 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1636
1637 @item N
1638 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1639
1640 @item Z
1641 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1642 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1643
1644 @item e
1645 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1646 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1647
1648 @item G
1649 Standard 80387 floating point constant
1650 @end table
1651
1652 @item Intel 960---@file{i960.h}
1653 @table @code
1654 @item f
1655 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1656
1657 @item l
1658 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1659
1660 @item b
1661 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1662
1663 @item d
1664 Any local or global register
1665
1666 @item I
1667 Integers from 0 to 31
1668
1669 @item J
1670 0
1671
1672 @item K
1673 Integers from @minus{}31 to 0
1674
1675 @item G
1676 Floating point 0
1677
1678 @item H
1679 Floating point 1
1680 @end table
1681
1682 @item MIPS---@file{mips.h}
1683 @table @code
1684 @item d
1685 General-purpose integer register
1686
1687 @item f
1688 Floating-point register (if available)
1689
1690 @item h
1691 @samp{Hi} register
1692
1693 @item l
1694 @samp{Lo} register
1695
1696 @item x
1697 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1698
1699 @item y
1700 General-purpose integer register
1701
1702 @item z
1703 Floating-point status register
1704
1705 @item I
1706 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1707
1708 @item J
1709 Zero
1710
1711 @item K
1712 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1713
1714 @item L
1715 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1716
1717 @item M
1718 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1719 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1720
1721 @item N
1722 Negative 16-bit constant
1723
1724 @item O
1725 Exact power of two
1726
1727 @item P
1728 Positive 16-bit constant
1729
1730 @item G
1731 Floating point zero
1732
1733 @item Q
1734 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1735 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1736
1737 @item R
1738 Memory reference that can be loaded with one instruction
1739 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1740
1741 @item S
1742 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1743 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1744 @end table
1745
1746 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1747 @table @code
1748 @item a
1749 Address register
1750
1751 @item d
1752 Data register
1753
1754 @item f
1755 68881 floating-point register, if available
1756
1757 @item x
1758 Sun FPA (floating-point) register, if available
1759
1760 @item y
1761 First 16 Sun FPA registers, if available
1762
1763 @item I
1764 Integer in the range 1 to 8
1765
1766 @item J
1767 16-bit signed number
1768
1769 @item K
1770 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
1771
1772 @item L
1773 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
1774
1775 @item M
1776 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
1777
1778 @item G
1779 Floating point constant that is not a 68881 constant
1780
1781 @item H
1782 Floating point constant that can be used by Sun FPA
1783 @end table
1784
1785 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
1786 @table @code
1787 @item a
1788 Register 'a'
1789
1790 @item b
1791 Register 'b'
1792
1793 @item d
1794 Register 'd'
1795
1796 @item q
1797 An 8-bit register
1798
1799 @item t
1800 Temporary soft register _.tmp
1801
1802 @item u
1803 A soft register _.d1 to _.d31
1804
1805 @item w
1806 Stack pointer register
1807
1808 @item x
1809 Register 'x'
1810
1811 @item y
1812 Register 'y'
1813
1814 @item z
1815 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
1816
1817 @item A
1818 An address register: x, y or z
1819
1820 @item B
1821 An address register: x or y
1822
1823 @item D
1824 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
1825
1826 @item L
1827 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
1828
1829 @item M
1830 Constants whose 16-bit low part is zero
1831
1832 @item N
1833 Constant integer 1 or @minus{}1
1834
1835 @item O
1836 Constant integer 16
1837
1838 @item P
1839 Constants in the range @minus{}8 to 2
1840
1841 @end table
1842
1843 @need 1000
1844 @item SPARC---@file{sparc.h}
1845 @table @code
1846 @item f
1847 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
1848
1849 @item e
1850 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
1851
1852 @item I
1853 Signed 13-bit constant
1854
1855 @item J
1856 Zero
1857
1858 @item K
1859 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
1860 loaded with the @code{sethi} instruction)
1861
1862 @item G
1863 Floating-point zero
1864
1865 @item H
1866 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
1867
1868 @item Q
1869 Floating-point constant whose integral representation can
1870 be moved into an integer register using a single sethi
1871 instruction
1872
1873 @item R
1874 Floating-point constant whose integral representation can
1875 be moved into an integer register using a single mov
1876 instruction
1877
1878 @item S
1879 Floating-point constant whose integral representation can
1880 be moved into an integer register using a high/lo_sum
1881 instruction sequence
1882
1883 @item T
1884 Memory address aligned to an 8-byte boundary
1885
1886 @item U
1887 Even register
1888
1889 @end table
1890
1891 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
1892 @table @code
1893 @item a
1894 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
1895
1896 @item b
1897 Stack pointer register (sp)
1898
1899 @item c
1900 Standard (32-bit) precision integer register
1901
1902 @item f
1903 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
1904
1905 @item k
1906 Block count register (bk)
1907
1908 @item q
1909 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
1910
1911 @item t
1912 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
1913
1914 @item u
1915 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
1916
1917 @item v
1918 Repeat count register (rc)
1919
1920 @item x
1921 Index register (ir0-ir1)
1922
1923 @item y
1924 Status (condition code) register (st)
1925
1926 @item z
1927 Data page register (dp)
1928
1929 @item G
1930 Floating-point zero
1931
1932 @item H
1933 Immediate 16-bit floating-point constant
1934
1935 @item I
1936 Signed 16-bit constant
1937
1938 @item J
1939 Signed 8-bit constant
1940
1941 @item K
1942 Signed 5-bit constant
1943
1944 @item L
1945 Unsigned 16-bit constant
1946
1947 @item M
1948 Unsigned 8-bit constant
1949
1950 @item N
1951 Ones complement of unsigned 16-bit constant
1952
1953 @item O
1954 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
1955
1956 @item Q
1957 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
1958
1959 @item R
1960 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
1961
1962 @item S
1963 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
1964
1965 @item T
1966 Direct memory reference
1967
1968 @item U
1969 Symbolic address
1970
1971 @end table
1972
1973 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
1974 @table @code
1975 @item a
1976 Address register (general purpose register except r0)
1977
1978 @item d
1979 Data register (arbitrary general purpose register)
1980
1981 @item f
1982 Floating-point register
1983
1984 @item I
1985 Unsigned 8-bit constant (0--255)
1986
1987 @item J
1988 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
1989
1990 @item K
1991 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
1992
1993 @item L
1994 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
1995
1996 @item Q
1997 Memory reference without index register
1998
1999 @item S
2000 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2001
2002 @end table
2003
2004 @end table
2005
2006 @ifset INTERNALS
2007 @node Standard Names
2008 @section Standard Pattern Names For Generation
2009 @cindex standard pattern names
2010 @cindex pattern names
2011 @cindex names, pattern
2012
2013 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2014 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2015 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2016 pattern to accomplish a certain task.
2017
2018 @table @asis
2019 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2020 @item @samp{mov@var{m}}
2021 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2022 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2023 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2024
2025 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2026 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2027 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2028 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2029 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2030 outside the target word are left unchanged.
2031
2032 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2033 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2034 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2035 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2036 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2037
2038 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2039 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2040 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2041 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2042 into a register.
2043
2044 @findex force_reg
2045 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2046 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2047 registers other than the operands.  For example, if you support the
2048 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2049 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2050 function which might generate new pseudo registers.
2051
2052 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2053 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2054 some temporary registers.
2055
2056 @findex change_address
2057 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2058 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2059 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2060 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2061 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2062 an address into a valid address and no routine (such as
2063 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2064 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2065
2066 @findex reload_in_progress
2067 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2068 declared if required) can be used to determine whether such special
2069 handling is required.
2070
2071 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2072 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2073 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2074 machines explicit memory references will get optional reloads.
2075
2076 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2077 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2078
2079 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2080 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2081 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2082 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2083 them.  @xref{Register Classes}.
2084
2085 @findex no_new_pseudos
2086 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2087 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2088 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2089
2090 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2091 register to any other hard register provided that
2092 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2093 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2094
2095 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2096 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2097 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2098 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2099 point members.
2100
2101 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2102 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2103 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2104 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2105 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2106 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2107 reload into a floating point register.
2108
2109 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2110 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2111 @item @samp{reload_in@var{m}}
2112 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2113 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2114 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2115 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2116 macro in @pxref{Register Classes}.
2117
2118 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2119 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload 
2120 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2121 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2122 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2123 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2124 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2125 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2126 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2127 for these patterns.
2128
2129 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2130 @item @samp{movstrict@var{m}}
2131 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2132 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2133 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2134 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2135
2136 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2137 @item @samp{load_multiple}
2138 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2139 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2140 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2141 number of consecutive registers.
2142
2143 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2144 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2145 registers from memory is to do them one at a time.
2146
2147 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2148 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2149 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2150 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2151 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2152
2153 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2154 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2155 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2156 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2157 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2158 pattern.
2159
2160 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2161 @item @samp{store_multiple}
2162 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2163 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2164 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2165 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2166
2167 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2168 @item @samp{push@var{m}}
2169 Output an push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2170 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2171 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2172 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2173 method is deprecated.
2174
2175 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2176 @item @samp{add@var{m}3}
2177 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2178 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2179 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2180
2181 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2182 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2183 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2184 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2185 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2186 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2187 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2188 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2189 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2190 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2191 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2192 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2193 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2194 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2195 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2196 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2197 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2198 Similar, for other arithmetic operations.
2199 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2200 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2201 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2202 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2203 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2204 operands is returned as the result.
2205
2206
2207 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2208 @item @samp{mulhisi3}
2209 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2210 a @code{SImode} product in operand 0.
2211
2212 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2213 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2214 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2215 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2216
2217 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2218 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2219 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2220 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2221 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2222 multiplication.
2223
2224 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2225 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2226 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2227 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2228 The least significant half of the product is discarded.
2229
2230 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2231 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2232 Similar, but the multiplication is unsigned.
2233
2234 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2235 @item @samp{divmod@var{m}4}
2236 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2237 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2238 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2239
2240 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2241 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2242 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2243 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2244 and remainder are computed.
2245
2246 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2247 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2248 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2249 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2250 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2251
2252 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2253 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2254 Similar, but does unsigned division.
2255
2256 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2257 @item @samp{ashl@var{m}3}
2258 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2259 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2260 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2261 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2262 mode before generating the instruction.
2263
2264 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2265 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2266 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2267 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2268 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2269 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2270 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2271
2272 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2273 @item @samp{neg@var{m}2}
2274 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2275
2276 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2277 @item @samp{abs@var{m}2}
2278 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2279
2280 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2281 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2282 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2283
2284 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2285 corresponds to the C data type @code{double}.
2286
2287 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2288 @item @samp{ffs@var{m}2}
2289 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2290 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2291 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2292 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2293 generating the instruction.
2294
2295 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2296 corresponds to the C data type @code{int}.
2297
2298 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2299 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2300 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2301
2302 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2303 @item @samp{cmp@var{m}}
2304 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2305 The RTL pattern should look like this:
2306
2307 @smallexample
2308 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2309                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2310 @end smallexample
2311
2312 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2313 @item @samp{tst@var{m}}
2314 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2315 The RTL pattern should look like this:
2316
2317 @smallexample
2318 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2319 @end smallexample
2320
2321 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2322 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2323 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2324 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2325
2326 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2327 @item @samp{movstr@var{m}}
2328 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2329 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2330
2331 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2332 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2333 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2334 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2335 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2336 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2337 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2338
2339 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2340 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2341 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2342 it may provide the value 4 for this operand.
2343
2344 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2345 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2346 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2347 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2348 individually moved data units in the block.
2349
2350 These patterns need not give special consideration to the possibility
2351 that the source and destination strings might overlap.
2352
2353 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2354 @item @samp{clrstr@var{m}}
2355 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2356 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2357 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2358 a discussion of the choice of mode.
2359
2360 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2361 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2362 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2363 operand.
2364
2365 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2366
2367 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2368 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2369 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2370 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2371 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2372 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2373 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2374 comparison.
2375
2376 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2377 @item @samp{strlen@var{m}}
2378 Compute the length of a string, with three operands.
2379 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2380 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2381 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2382 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2383 of the beginning of the string.
2384
2385 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2386 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2387 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2388 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2389 @var{n}).
2390
2391 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2392 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2393 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2394 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2395 @var{n}).
2396
2397 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2398 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2399 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2400 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2401 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2402 the value of operand 1 is an integer.
2403
2404 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2405 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2406 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2407 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2408 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2409 value of operand 1 is an integer.
2410
2411 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2412 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2413 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2414 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2415 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2416
2417 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2418 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2419 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2420 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2421
2422 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2423 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2424 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2425 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2426
2427 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2428 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2429 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2430 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2431 point or both floating point.
2432
2433 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2434 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2435 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2436 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2437 point or both floating point.
2438
2439 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2440 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2441 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2442 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2443 point.
2444
2445 @cindex @code{extv} instruction pattern
2446 @item @samp{extv}
2447 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2448 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2449 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2450 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2451 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2452 be valid for @code{word_mode}.
2453
2454 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2455 for operands 2 and 3.
2456
2457 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2458 before it is stored in operand 0.
2459
2460 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2461 @item @samp{extzv}
2462 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2463
2464 @cindex @code{insv} instruction pattern
2465 @item @samp{insv}
2466 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2467 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2468 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2469 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2470 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2471
2472 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2473 for operands 1 and 2.
2474
2475 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2476 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2477 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2478 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2479 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2480
2481 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2482 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2483 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2484 codes and vice versa.
2485
2486 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2487 define these patterns.
2488
2489 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2490 @item @samp{s@var{cond}}
2491 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2492 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2493 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2494 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2495
2496 You specify the mode that the operand must have when you write the
2497 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2498 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2499
2500 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2501 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2502 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2503 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2504 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2505 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2506 should omit those operations from the machine description.
2507
2508 These operations may fail, but should do so only in relatively
2509 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2510 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2511
2512 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2513 that copies the constant one to the target and branches around an
2514 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2515 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2516 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2517 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2518 the machine description.
2519
2520 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2521 @item @samp{b@var{cond}}
2522 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2523 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2524 condition @var{cond}.
2525
2526 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2527 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2528 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2529 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2530 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2531 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2532 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2533 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2534
2535 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2536 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2537 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2538
2539 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2540 @samp{s@var{cond}} patterns.
2541
2542 @cindex @code{jump} instruction pattern
2543 @item @samp{jump}
2544 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2545 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2546 on all machines.
2547
2548 @cindex @code{call} instruction pattern
2549 @item @samp{call}
2550 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2551 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2552 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2553 operands.
2554
2555 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2556 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2557 to put this information into the assembler code; they can put it in
2558 the RTL instead of operand 1.
2559
2560 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2561 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2562 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2563 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2564 instruction, the pattern for this operation should be a
2565 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2566 address into a register and uses that register in the call instruction.
2567
2568 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2569 @item @samp{call_value}
2570 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2571 register in which the value is returned.  There are three more
2572 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2573 instruction (but with numbers increased by one).
2574
2575 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2576 insn.
2577
2578 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
2579 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
2580 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
2581 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
2582 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
2583 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
2584 adjustment made to the frame pointer.
2585
2586 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
2587 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
2588 can be eliminated, if desired.
2589
2590 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
2591 @item @samp{untyped_call}
2592 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
2593 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
2594 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
2595 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2596 the saving of a function return value into the result block.
2597
2598 This instruction pattern should be defined to support
2599 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
2600 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
2601 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
2602 multiple registers that can hold a return value
2603 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
2604
2605 @cindex @code{return} instruction pattern
2606 @item @samp{return}
2607 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
2608 defined only if a single instruction can do all the work of returning
2609 from a function.
2610
2611 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
2612 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
2613 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
2614 some class of functions only requires one instruction to implement a
2615 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
2616 to save any registers or allocate stack space.
2617
2618 @findex reload_completed
2619 @findex leaf_function_p
2620 For such machines, the condition specified in this pattern should only
2621 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
2622 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
2623 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
2624 a register window push is required.
2625
2626 Machines that have conditional return instructions should define patterns
2627 such as
2628
2629 @smallexample
2630 (define_insn ""
2631   [(set (pc)
2632         (if_then_else (match_operator
2633                          0 "comparison_operator"
2634                          [(cc0) (const_int 0)])
2635                       (return)
2636                       (pc)))]
2637   "@var{condition}"
2638   "@dots{}")
2639 @end smallexample
2640
2641 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
2642 named @samp{return} pattern.
2643
2644 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
2645 @item @samp{untyped_return}
2646 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
2647 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
2648 instructions are needed to return a value of any type.
2649
2650 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
2651 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
2652 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
2653 the restoring of a function return value from the result block.
2654
2655 @cindex @code{nop} instruction pattern
2656 @item @samp{nop}
2657 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
2658 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
2659 RTL pattern.
2660
2661 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
2662 @item @samp{indirect_jump}
2663 An instruction to jump to an address which is operand zero.
2664 This pattern name is mandatory on all machines.
2665
2666 @cindex @code{casesi} instruction pattern
2667 @item @samp{casesi}
2668 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
2669 This instruction takes five operands:
2670
2671 @enumerate
2672 @item
2673 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
2674
2675 @item
2676 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
2677
2678 @item
2679 The total range of indices in the table---the largest index
2680 minus the smallest one (both inclusive).
2681
2682 @item
2683 A label that precedes the table itself.
2684
2685 @item
2686 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
2687 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
2688 then an out-of-bounds index drops through to the code following
2689 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
2690 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
2691 but it is always provided as an operand.)
2692 @end enumerate
2693
2694 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
2695 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
2696 difference between the upper bound and the lower bound.
2697
2698 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
2699 @item @samp{tablejump}
2700 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
2701 capability which can be used to implement a dispatch table when there
2702 is no @samp{casesi} pattern.
2703
2704 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
2705 which should immediately precede the jump table.  If the macro
2706 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
2707 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
2708 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
2709 mode @code{Pmode}.
2710
2711 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
2712 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
2713 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
2714 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
2715
2716
2717 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
2718 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
2719 Conditional branch instruction that decrements a register and
2720 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
2721 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
2722 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
2723
2724 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
2725 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
2726 reduction is enabled.
2727
2728 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
2729 @item @samp{doloop_end}
2730 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
2731 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
2732 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
2733 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
2734 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
2735 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
2736 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
2737 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
2738 @xref{Looping Patterns}.
2739
2740 This optional instruction pattern should be defined for machines with
2741 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
2742 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
2743 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2744 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
2745 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
2746 too large for this instruction, make it fail.
2747
2748 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
2749 @item @samp{doloop_begin}
2750 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
2751 need to perform some initialisation, such as loading special registers
2752 used by a low-overhead looping instruction.  If initialisation insns do
2753 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
2754 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
2755
2756
2757 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
2758 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
2759 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
2760 into operand 0.
2761
2762 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
2763 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
2764 and also has mode @code{Pmode}.
2765
2766 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
2767 the address of the function which would be called if the function
2768 pointer were used in an indirect call.
2769
2770 Only define this pattern if function pointers on the target machine
2771 can have different values but still call the same function when
2772 used in an indirect call.
2773
2774 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
2775 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
2776 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
2777 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
2778 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
2779 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
2780 @item @samp{save_stack_block}
2781 @itemx @samp{save_stack_function}
2782 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
2783 @itemx @samp{restore_stack_block}
2784 @itemx @samp{restore_stack_function}
2785 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
2786 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
2787 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
2788 such machines.
2789
2790 Some machines require special handling for stack pointer saves and
2791 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
2792 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
2793 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
2794 saves and restores are:
2795
2796 @enumerate
2797 @item
2798 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
2799 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
2800 restores the stack pointer when the block is exited.
2801
2802 @item
2803 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
2804 similar job for the outermost block of a function and are used when the
2805 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
2806 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
2807 restore sequence on some machines.
2808
2809 @item
2810 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
2811 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
2812 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
2813 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
2814 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
2815 and restoring additional data such as register window information or
2816 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
2817 such required data.
2818 @end enumerate
2819
2820 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
2821 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
2822 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
2823 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
2824 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
2825 for a particular type of save (either because no save is needed or
2826 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
2827 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
2828 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
2829 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
2830
2831 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
2832 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
2833 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
2834
2835 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
2836 @item @samp{allocate_stack}
2837 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
2838 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
2839
2840 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
2841 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
2842 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
2843 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
2844 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
2845 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
2846 stack is free.
2847
2848 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
2849 Some machines require other operations such as stack probes or
2850 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
2851 operations in addition to updating the stack pointer.
2852
2853 @cindex @code{probe} instruction pattern
2854 @item @samp{probe}
2855 Some machines require instructions to be executed after space is
2856 allocated from the stack, for example to generate a reference at
2857 the bottom of the stack.
2858
2859 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
2860 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
2861 this pattern to emit the required instructions.
2862
2863 No operands are provided.
2864
2865 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
2866 @item @samp{check_stack}
2867 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
2868 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
2869 to perform the needed check and signaling an error if the stack
2870 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
2871 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
2872 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
2873 limit from a global or thread-specific variable or register.
2874
2875 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
2876 @item @samp{nonlocal_goto}
2877 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
2878 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
2879 each representing a value to be used in the jump.  The first
2880 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
2881 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
2882 the third is the address of a location where the stack is saved,
2883 and the last is the address of the label, to be placed in the
2884 location for the incoming static chain.
2885
2886 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
2887 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
2888 and static chain, restore the stack (using the
2889 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
2890 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
2891 not work on your machine.
2892
2893 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
2894 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
2895 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
2896 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
2897 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
2898 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
2899 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
2900 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
2901 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
2902 There are no arguments.
2903
2904 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
2905 @item @samp{exception_receiver}
2906 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2907 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2908 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2909 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2910 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
2911 an exception.  There are no arguments.
2912
2913 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
2914 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
2915 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
2916 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
2917 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
2918 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
2919 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
2920 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
2921 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
2922 the first three are normally used by the generic mechanism.
2923
2924 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
2925 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
2926 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
2927 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
2928 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
2929 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
2930 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
2931 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
2932 at a small offset from that label.
2933
2934 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
2935 @item @samp{builtin_longjmp}
2936 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
2937 You will not normally need to define this pattern unless you also define
2938 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
2939 @code{jmp_buf}.
2940
2941 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
2942 @item @samp{eh_return}
2943 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
2944 and thence the call frame exception handling library routines, are
2945 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
2946 the abnormal return path.
2947
2948 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
2949 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
2950 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
2951 until after reload to when the normal epilogue is generated.
2952 The second argument is the address of the exception handler to which
2953 the function should return.  This will normally need to copied by the
2954 pattern to some special register or memory location.
2955
2956 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
2957 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
2958 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
2959
2960 @cindex @code{prologue} instruction pattern
2961 @anchor{prologue instruction pattern}
2962 @item @samp{prologue}
2963 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
2964 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
2965 pointer register, saving callee saved registers, etc.
2966
2967 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
2968 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
2969
2970 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
2971 instruction scheduling.
2972
2973 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
2974 @anchor{epilogue instruction pattern}
2975 @item @samp{epilogue}
2976 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
2977 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
2978 registers and emitting the return instruction.
2979
2980 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
2981 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
2982
2983 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
2984 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
2985
2986 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
2987 @item @samp{sibcall_epilogue}
2988 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
2989 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
2990 sibling call (aka tail call) sites.
2991
2992 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
2993 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
2994 function.
2995
2996 @cindex @code{trap} instruction pattern
2997 @item @samp{trap}
2998 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
2999 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3000 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3001
3002 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3003 @item @samp{conditional_trap}
3004 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3005 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3006
3007 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3008
3009 @smallexample
3010 (define_insn "conditional_trap"
3011   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3012              [(cc0) (const_int 0)])
3013             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3014   ""
3015   "@dots{}")
3016 @end smallexample
3017
3018 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3019 @item @samp{prefetch}
3020
3021 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3022 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3023 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3024 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3025 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3026 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3027 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3028 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3029 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3030
3031 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3032 the values of operands 1 and 2.
3033
3034 @cindex @code{cycle_display} instruction pattern
3035 @item @samp{cycle_display}
3036
3037 This pattern, if present, will be emitted by the instruction scheduler at
3038 the beginning of each new clock cycle.  This can be used for annotating the
3039 assembler output with cycle counts.  Operand 0 is a @code{const_int} that
3040 holds the clock cycle.
3041
3042 @end table
3043
3044 @node Pattern Ordering
3045 @section When the Order of Patterns Matters
3046 @cindex Pattern Ordering
3047 @cindex Ordering of Patterns
3048
3049 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3050 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3051 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3052 and faster instructions (those that will produce better code when they
3053 do match) should usually go first in the description.
3054
3055 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3056 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3057 instruction for converting a fullword to floating point and another
3058 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3059 an integer to floating point could match either one.  We put the
3060 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3061 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3062 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3063 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3064 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3065 constant value.
3066
3067 @node Dependent Patterns
3068 @section Interdependence of Patterns
3069 @cindex Dependent Patterns
3070 @cindex Interdependence of Patterns
3071
3072 Every machine description must have a named pattern for each of the
3073 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3074 must always have the form
3075
3076 @example
3077 (set (pc)
3078      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3079                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3080                    (pc)))
3081 @end example
3082
3083 @noindent
3084 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3085 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3086 look like
3087
3088 @example
3089 (set (pc)
3090      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3091                    (pc)
3092                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3093 @end example
3094
3095 @noindent
3096 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3097 branches into reverse-conditional branches.
3098
3099 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3100 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3101 example,
3102
3103 @example
3104 (define_insn ""
3105   [(set (pc)
3106         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3107                                       [(cc0) (const_int 0)])
3108                       (pc)
3109                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3110   "@var{condition}"
3111   "@dots{}")
3112 @end example
3113
3114 In some cases machines support instructions identical except for the
3115 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3116 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3117 patterns are
3118
3119 @example
3120 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3121      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3122
3123 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3124      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3125 @end example
3126
3127 @noindent
3128 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3129 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3130 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3131 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3132 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3133 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3134
3135 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3136 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3137 compilations.
3138
3139 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3140 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3141 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3142 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3143 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3144 that supports register-register add insns by examining the operands and
3145 generating the appropriate machine instruction.
3146
3147 @node Jump Patterns
3148 @section Defining Jump Instruction Patterns
3149 @cindex jump instruction patterns
3150 @cindex defining jump instruction patterns
3151
3152 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3153 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3154 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3155 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3156 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3157 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3158 way.
3159
3160 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3161 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3162 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3163 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3164 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3165 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3166 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3167 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3168 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3169 can treat signed and unsigned branches identically.
3170
3171 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3172 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3173 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3174 until the end.
3175
3176 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3177 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3178 compare instruction is superfluous.
3179
3180 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3181 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3182 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3183 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3184 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3185
3186 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3187 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3188 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3189 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3190 above in addition to any special patterns you define.
3191
3192 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3193 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3194 these machines, the restriction that the definition and use of the
3195 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3196 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3197 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3198 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3199 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3200 separate the definition and use of the condition code register.
3201
3202 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3203 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3204 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3205 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3206 multiple condition registers, use a pseudo register.
3207
3208 @findex prev_cc0_setter
3209 @findex next_cc0_user
3210 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3211 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3212 Sparc, setting the condition code directly from an add or subtract
3213 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3214 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3215 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3216 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3217 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3218 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3219 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3220 and @code{next_cc0_user}.
3221
3222 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3223 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3224 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3225 we use the machine mode of the condition code register to record
3226 different formats of the condition code register.
3227
3228 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3229 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3230 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3231 the Sparc), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3232 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3233 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3234
3235 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3236 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3237 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3238 be specified at that time.
3239
3240 If the cases that require different modes would be made by instruction
3241 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3242 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3243 written using that mode.  To support the case of the add on the Sparc
3244 discussed above, we have the pattern
3245
3246 @smallexample
3247 (define_insn ""
3248   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3249         (compare:CC_NOOV
3250           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3251                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3252           (const_int 0)))]
3253   ""
3254   "@dots{}")
3255 @end smallexample
3256
3257 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the Sparc returns @code{CC_NOOVmode}
3258 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3259
3260 @node Looping Patterns
3261 @section Defining Looping Instruction Patterns
3262 @cindex looping instruction patterns
3263 @cindex defining looping instruction patterns
3264
3265 Some machines have special jump instructions that can be utilised to
3266 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3267 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3268 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3269 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3270 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3271 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3272 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3273 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3274 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3275 the jump.
3276
3277 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3278 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3279 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3280 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3281 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3282 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3283 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3284 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3285 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3286 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3287 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3288 following for its @code{dbra} instruction:
3289
3290 @smallexample
3291 @group
3292 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3293   [(set (pc)
3294         (if_then_else
3295           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3296                        (const_int -1))
3297               (const_int 0))
3298           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3299           (pc)))
3300    (set (match_dup 0)
3301         (plus:SI (match_dup 0)
3302                  (const_int -1)))]
3303   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3304   "@dots{}")
3305 @end group
3306 @end smallexample
3307
3308 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3309 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3310 since this insn is generated by the instruction combination phase
3311 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3312 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3313 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3314 pattern will not be matched by the combiner.
3315
3316 @smallexample
3317 @group
3318 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3319   [(set (pc)
3320         (if_then_else
3321           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3322               (const_int 1))
3323           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3324           (pc)))
3325    (set (match_dup 0)
3326         (plus:SI (match_dup 0)
3327                  (const_int -1)))]
3328   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3329   "@dots{}")
3330 @end group
3331 @end smallexample
3332
3333 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3334 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimiser for certain
3335 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3336 information collected during strength reduction.
3337
3338 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3339 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3340 is an optional companion pattern that can be used for initialisation
3341 needed for some low-overhead looping instructions.
3342
3343 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3344 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3345 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3346 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3347 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3348 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3349 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3350 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3351 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3352 desired special iteration counter register was not allocated, this
3353 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3354 instruction pair.
3355
3356 The essential difference between the
3357 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3358 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3359 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3360 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3361 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3362 may become redundant and removed by the flow pass.
3363
3364
3365 @node Insn Canonicalizations
3366 @section Canonicalization of Instructions
3367 @cindex canonicalization of instructions
3368 @cindex insn canonicalization
3369
3370 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3371 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3372 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3373 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3374 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3375 number of insn patterns required.
3376
3377 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3378 are performed:
3379
3380 @itemize @bullet
3381 @item
3382 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3383 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3384 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3385 be supplied.
3386
3387 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3388 @cindex @code{not}, canonicalization of
3389 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3390 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3391 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3392 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3393 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3394 first operand.
3395
3396 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3397 @item
3398 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3399 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3400 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3401 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3402 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3403 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3404 such an instruction.
3405
3406 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3407 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3408 above.
3409
3410 @item
3411 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3412 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3413
3414 @item
3415 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3416 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3417
3418 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3419 @cindex @code{and}, canonicalization of
3420 @cindex De Morgan's law
3421 @item
3422 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3423 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3424 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3425
3426 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3427 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3428 for that instruction as
3429
3430 @example
3431 (define_insn ""
3432   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3433         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3434                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3435   "@dots{}"
3436   "@dots{}")
3437 @end example
3438
3439 @noindent
3440 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3441
3442 @example
3443 (define_insn ""
3444   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3445         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3446                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3447   "@dots{}"
3448   "@dots{}")
3449 @end example
3450
3451 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3452 logically equivalent RTL expressions.
3453
3454 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3455 @item
3456 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3457 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3458 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3459
3460 @item
3461 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3462 the form
3463
3464 @example
3465 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3466 @end example
3467
3468 @item
3469 On machines that do not use @code{cc0},
3470 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3471 @var{x}.
3472
3473 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3474 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3475 @item
3476 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3477 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3478 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3479
3480 @end itemize
3481
3482 @node Expander Definitions
3483 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3484 @cindex expander definitions
3485 @cindex code generation RTL sequences
3486 @cindex defining RTL sequences for code generation
3487
3488 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3489 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3490 represent them.  For these target machines, you can write a
3491 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3492
3493 @findex define_expand
3494 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3495 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3496 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3497
3498 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3499
3500 @itemize @bullet
3501 @item
3502 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3503 use for it is to refer to it by name.
3504
3505 @item
3506 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3507 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3508 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3509
3510 @item
3511 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3512 used to express how the availability of this pattern depends on
3513 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3514 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3515 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3516 depend on the data in the insn being matched, but only the
3517 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3518 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3519 are available in a particular run.
3520
3521 @item
3522 The preparation statements, a string containing zero or more C
3523 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3524 the RTL template.
3525
3526 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3527 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3528 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3529 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3530 @end itemize
3531
3532 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3533 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3534 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3535 it.
3536
3537 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3538 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3539 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3540
3541 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3542 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3543 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3544 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3545 information to preload the operand into a register if that is required for
3546 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3547 references should use @code{match_dup}.
3548
3549 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3550 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3551 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3552 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3553 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3554 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3555 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3556 compute the values and store them into the appropriate elements of
3557 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3558
3559 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3560 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3561 as a statement.
3562
3563 @table @code
3564
3565 @findex DONE
3566 @item DONE
3567 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3568 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3569 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3570 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3571
3572 @findex FAIL
3573 @item FAIL
3574 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3575 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3576 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
3577
3578 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
3579 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
3580 operations.
3581 @end table
3582
3583 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
3584 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
3585 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
3586 insn.
3587
3588 The RTL template is not used for matching, only for generating the
3589 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
3590 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
3591 list of operands, such as this example:
3592
3593 @smallexample
3594 @group
3595 (define_expand "addsi3"
3596   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3597    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3598    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
3599 @end group
3600 @group
3601   ""
3602   "
3603 @{
3604   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
3605   DONE;
3606 @}")
3607 @end group
3608 @end smallexample
3609
3610 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
3611
3612 @smallexample
3613 @group
3614 (define_expand "ashlsi3"
3615   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3616         (ashift:SI
3617 @end group
3618 @group
3619           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
3620           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
3621   ""
3622   "
3623 @end group
3624 @end smallexample
3625
3626 @smallexample
3627 @group
3628 @{
3629   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
3630       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
3631     FAIL;
3632 @}")
3633 @end group
3634 @end smallexample
3635
3636 @noindent
3637 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
3638 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
3639 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
3640 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
3641 library call).
3642
3643 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
3644 patterns with names, then it would be possible to use a
3645 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
3646 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
3647
3648 @smallexample
3649 (define_expand "zero_extendhisi2"
3650   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
3651         (const_int 0))
3652    (set (strict_low_part
3653           (subreg:HI
3654             (match_dup 0)
3655             0))
3656         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
3657   ""
3658   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
3659 @end smallexample
3660
3661 @noindent
3662 @findex make_safe_from
3663 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
3664 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
3665 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
3666 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
3667 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
3668 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
3669 by emitting another RTL insn.
3670
3671 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
3672 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
3673 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
3674 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
3675 on this machine.  So it must be copied into a register with
3676 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
3677
3678 @smallexample
3679 (define_expand "zero_extendhisi2"
3680   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3681         (and:SI (subreg:SI
3682                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
3683                   0)
3684                 (match_dup 2)))]
3685   ""
3686   "operands[2]
3687      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
3688 @end smallexample
3689
3690 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
3691 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
3692 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
3693 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
3694 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
3695 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
3696 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
3697 in the compiler.
3698
3699 @node Insn Splitting
3700 @section Defining How to Split Instructions
3701 @cindex insn splitting
3702 @cindex instruction splitting
3703 @cindex splitting instructions
3704
3705 There are two cases where you should specify how to split a pattern into
3706 multiple insns.  On machines that have instructions requiring delay
3707 slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose output is
3708 not available for multiple cycles (@pxref{Function Units}), the compiler
3709 phases that optimize these cases need to be able to move insns into
3710 one-instruction delay slots.  However, some insns may generate more than one
3711 machine instruction.  These insns cannot be placed into a delay slot.
3712
3713 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
3714 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
3715 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
3716 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
3717 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
3718 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
3719 scheduling.
3720
3721 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
3722 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
3723 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
3724 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
3725 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
3726 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
3727 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
3728 split the addition into two insns is machine-dependent.
3729
3730 @findex define_split
3731 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
3732 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
3733
3734 @smallexample
3735 (define_split
3736   [@var{insn-pattern}]
3737   "@var{condition}"
3738   [@var{new-insn-pattern-1}
3739    @var{new-insn-pattern-2}
3740    @dots{}]
3741   "@var{preparation-statements}")
3742 @end smallexample
3743
3744 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
3745 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
3746 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
3747 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
3748 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
3749 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
3750
3751 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
3752 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3753 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
3754 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
3755 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
3756 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
3757 must not allocate any space in the stack frame.
3758
3759 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
3760 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
3761 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
3762 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
3763 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
3764 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
3765 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
3766 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
3767 of those definitions.
3768
3769 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
3770 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
3771 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
3772
3773 @smallexample
3774 (define_split
3775   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3776         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
3777   ""
3778   [(set (match_dup 0)
3779         (ashift:SI (match_dup 1)
3780                    (const_int 16)))
3781    (set (match_dup 0)
3782         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
3783                      (const_int 16)))]
3784   "
3785 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
3786 @end smallexample
3787
3788 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
3789 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
3790 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
3791 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
3792 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
3793 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
3794 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
3795 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
3796 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
3797 @code{define_split} that will never produce insns that match).
3798
3799 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
3800 @file{rs6000.md}:
3801
3802 @smallexample
3803 (define_split
3804   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
3805         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3806                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
3807   ""
3808   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
3809    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
3810 "
3811 @{
3812   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
3813   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
3814
3815   if (low & 0x8000)
3816     high++, low |= 0xffff0000;
3817
3818   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
3819   operands[4] = GEN_INT (low);
3820 @}")
3821 @end smallexample
3822
3823 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
3824 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
3825 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
3826 can be substituted into the address of a subsequent operation.
3827
3828 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
3829 an equality comparison of a register and a large constant:
3830
3831 @smallexample
3832 (define_split
3833   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
3834         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
3835                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
3836    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
3837   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
3838    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
3839        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
3840   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
3841    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
3842   "
3843 @{
3844   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
3845      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
3846      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
3847
3848   int c = INTVAL (operands[2]);
3849   int sextc = (c << 16) >> 16;
3850   int xorv = c ^ sextc;
3851
3852   operands[4] = GEN_INT (xorv);
3853   operands[5] = GEN_INT (sextc);
3854 @}")
3855 @end smallexample
3856
3857 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
3858 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
3859 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
3860 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
3861 are not valid.
3862
3863 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
3864 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
3865 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
3866 several restriction apply. 
3867
3868 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
3869 instruction is always valid, as compiler expect identical behaviour of new
3870 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
3871 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
3872 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
3873 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
3874 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
3875 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
3876 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
3877 forward jumps to the newly created labels.
3878
3879 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
3880 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
3881 this:
3882
3883 @smallexample
3884 (define_insn_and_split
3885   [@var{insn-pattern}]
3886   "@var{condition}"
3887   "@var{output-template}"
3888   "@var{split-condition}"
3889   [@var{new-insn-pattern-1}
3890    @var{new-insn-pattern-2}
3891    @dots{}]
3892   "@var{preparation-statements}"
3893   [@var{insn-attributes}])
3894
3895 @end smallexample
3896
3897 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
3898 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
3899 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
3900 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
3901 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
3902 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
3903 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
3904 from i386.md:
3905
3906 @smallexample
3907 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
3908   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
3909      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
3910    (clobber (reg:CC 17))]
3911   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
3912   "#"
3913   "&& reload_completed"
3914   [(parallel [(set (match_dup 0) 
3915                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
3916               (clobber (reg:CC 17))])]
3917   ""
3918   [(set_attr "type" "alu1")])
3919
3920 @end smallexample
3921
3922 In this case, the actual split condition will be
3923 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
3924
3925 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
3926 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
3927 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
3928 having to ensure the two patterns' templates match.
3929
3930 @node Including Patterns
3931 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
3932 @cindex insn includes
3933
3934 @findex include
3935 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
3936 look for patterns that are in files other than in the file
3937 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
3938
3939 It looks like:
3940
3941 @smallexample
3942
3943 (include
3944   @var{pathname})
3945 @end smallexample
3946
3947 For example:
3948
3949 @smallexample
3950
3951 (include "filestuff") 
3952
3953 @end smallexample
3954
3955 Where @var{pathname} is a string that specifies the the location of the file,
3956 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
3957 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
3958
3959
3960 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections 
3961 and placed into subdirectories. 
3962
3963 By specifying:
3964
3965 @smallexample
3966
3967 (include "BOGUS/filestuff") 
3968
3969 @end smallexample
3970
3971 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
3972
3973 Specifying an absolute path for the include file such as;
3974 @smallexample
3975
3976 (include "/u2/BOGUS/filestuff") 
3977
3978 @end smallexample
3979 is permitted but is not encouraged. 
3980
3981 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
3982 @cindex directory options .md
3983 @cindex options, directory search
3984 @cindex search options
3985
3986 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
3987 For example:
3988
3989 @smallexample
3990
3991 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
3992
3993 @end smallexample
3994
3995
3996 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
3997 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
3998 file, substituting your own version, since these directories are
3999 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4000 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4001 order; the standard default directory come after.
4002
4003
4004 @node Peephole Definitions
4005 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4006 @cindex peephole optimizer definitions
4007 @cindex defining peephole optimizers
4008
4009 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4010 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4011
4012 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4013 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4014 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4015 though the second one does not appear to use a register computed in the
4016 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4017 opportunities.
4018
4019 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4020 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4021 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4022 is deprecated.
4023
4024 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4025 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4026 but before scheduling, which may result in much better code for
4027 targets that do scheduling.
4028
4029 @menu
4030 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4031 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4032 @end menu
4033
4034 @node define_peephole
4035 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4036 @findex define_peephole
4037
4038 @need 1000
4039 A definition looks like this:
4040
4041 @smallexample
4042 (define_peephole
4043   [@var{insn-pattern-1}
4044    @var{insn-pattern-2}
4045    @dots{}]
4046   "@var{condition}"
4047   "@var{template}"
4048   "@var{optional-insn-attributes}")
4049 @end smallexample
4050
4051 @noindent
4052 The last string operand may be omitted if you are not using any
4053 machine-specific information in this machine description.  If present,
4054 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4055
4056 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4057 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4058 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4059 the next, and so on.
4060
4061 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4062 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4063 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4064 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4065 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4066 stages.
4067
4068 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4069 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4070 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4071 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4072 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4073 other.
4074
4075 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4076 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4077 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4078 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4079 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4080
4081 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4082 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4083 previously tested.
4084
4085 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4086 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4087 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4088 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4089 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4090 patterns.
4091
4092 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4093 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4094 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4095 the operands.
4096
4097 @findex prev_active_insn
4098 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4099 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4100 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4101 to refer to the last of the insns being matched; use
4102 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4103
4104 @findex dead_or_set_p
4105 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4106 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4107 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4108 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4109 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4110 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4111 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4112
4113 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4114 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4115 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4116 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4117 used in matching the original sequence of insns.
4118
4119 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4120 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4121 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4122 as the insn pattern to control how the insn is output.
4123
4124 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4125 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4126
4127 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4128
4129 @smallexample
4130 (define_peephole
4131   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4132    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4133         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4134   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4135 @{
4136   rtx xoperands[2];
4137   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4138 #ifdef MOTOROLA
4139   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4140   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4141   return "fmove.d (sp)+,%0";
4142 #else
4143   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4144   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4145   return "fmoved sp@@+,%0";
4146 #endif
4147 @})
4148 @end smallexample
4149
4150 @need 1000
4151 The effect of this optimization is to change
4152
4153 @smallexample
4154 @group
4155 jbsr _foobar
4156 addql #4,sp
4157 movel d1,sp@@-
4158 movel d0,sp@@-
4159 fmoved sp@@+,fp0
4160 @end group
4161 @end smallexample
4162
4163 @noindent
4164 into
4165
4166 @smallexample
4167 @group
4168 jbsr _foobar
4169 movel d1,sp@@
4170 movel d0,sp@@-
4171 fmoved sp@@+,fp0
4172 @end group
4173 @end smallexample
4174
4175 @ignore
4176 @findex CC_REVERSED
4177 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4178 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4179 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4180 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4181 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4182 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4183 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4184 and in this C code check the condition code status flags and change the
4185 assembler code as appropriate.
4186 @end ignore
4187
4188 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4189 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4190 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4191 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4192 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4193 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4194 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4195 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4196 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4197
4198 @smallexample
4199 (define_insn "divmodsi4"
4200   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4201         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4202                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4203    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4204         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4205   "TARGET_68020"
4206   "divsl%.l %2,%3:%0")
4207 @end smallexample
4208
4209 @noindent
4210 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4211
4212 @smallexample
4213 (define_peephole
4214   [@dots{}
4215    (parallel
4216     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4217           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4218                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4219      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4220           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4221    @dots{}]
4222   @dots{})
4223 @end smallexample
4224
4225 @node define_peephole2
4226 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4227 @findex define_peephole2
4228
4229 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4230 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4231 what additional scratch registers may be needed and what their
4232 lifetimes must be.
4233
4234 @smallexample
4235 (define_peephole2
4236   [@var{insn-pattern-1}
4237    @var{insn-pattern-2}
4238    @dots{}]
4239   "@var{condition}"
4240   [@var{new-insn-pattern-1}
4241    @var{new-insn-pattern-2}
4242    @dots{}]
4243   "@var{preparation-statements}")
4244 @end smallexample
4245
4246 The definition is almost identical to @code{define_split}
4247 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4248 single instruction, but a sequence of instructions.
4249
4250 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4251 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4252 will simply not match.
4253
4254 @findex match_scratch
4255 @findex match_dup
4256 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4257 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4258 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4259 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4260 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4261 at which the register must be available.
4262
4263 Here is an example from the IA-32 machine description:
4264
4265 @smallexample
4266 (define_peephole2
4267   [(match_scratch:SI 2 "r")
4268    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4269                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4270                      [(match_dup 0)
4271                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4272               (clobber (reg:CC 17))])]
4273   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4274   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4275    (parallel [(set (match_dup 0)
4276                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4277               (clobber (reg:CC 17))])]
4278   "")
4279 @end smallexample
4280
4281 @noindent
4282 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4283 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4284 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4285 to be live only at the point just before the arithmetic.
4286
4287 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4288 so here's a silly made-up example:
4289
4290 @smallexample
4291 (define_peephole2
4292   [(match_scratch:SI 4 "r")
4293    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4294    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4295    (match_dup 4)
4296    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4297   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4298   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4299    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4300    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4301    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4302   "")
4303 @end smallexample
4304
4305 @noindent
4306 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4307 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4308 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4309
4310 @node Insn Attributes
4311 @section Instruction Attributes
4312 @cindex insn attributes
4313 @cindex instruction attributes
4314
4315 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4316 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4317 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4318 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4319 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4320 to track the condition codes.
4321
4322 @menu
4323 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4324 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4325 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4326 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4327 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4328 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4329 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4330 * Function Units::      Specifying information for insn scheduling.
4331 @end menu
4332
4333 @node Defining Attributes
4334 @subsection Defining Attributes and their Values
4335 @cindex defining attributes and their values
4336 @cindex attributes, defining
4337
4338 @findex define_attr
4339 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4340 by the target machine.  It looks like:
4341
4342 @smallexample
4343 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4344 @end smallexample
4345
4346 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4347
4348 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4349 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4350 indicate that the attribute takes numeric values.
4351
4352 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4353 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4354 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4355 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4356 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4357
4358 @findex insn-attr.h
4359 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4360 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4361 specified for an attribute, the following are defined:
4362
4363 @itemize @bullet
4364 @item
4365 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4366
4367 @item
4368 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4369 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4370 the attribute name and value are first converted to upper case.
4371
4372 @item
4373 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4374 returns the attribute value for that insn.
4375 @end itemize
4376
4377 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4378
4379 @smallexample
4380 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4381 @end smallexample
4382
4383 @noindent
4384 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4385
4386 @smallexample
4387 #define HAVE_ATTR_type
4388 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4389                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4390 extern enum attr_type get_attr_type ();
4391 @end smallexample
4392
4393 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4394 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4395 @code{int}.
4396
4397 @node Expressions
4398 @subsection Attribute Expressions
4399 @cindex attribute expressions
4400
4401 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4402 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4403 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4404
4405 @table @code
4406 @cindex @code{const_int} and attributes
4407 @item (const_int @var{i})
4408 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4409 must be non-negative.
4410
4411 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4412 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4413 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4414 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4415 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4416
4417 @cindex @code{const_string} and attributes
4418 @item (const_string @var{value})
4419 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4420 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4421 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4422 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4423 of a @code{define_attr}.
4424
4425 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4426 must be a string containing a non-negative integer (normally
4427 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4428 contain one of the valid values for the attribute.
4429
4430 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4431 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4432 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4433 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4434 otherwise it is @var{false-value}.
4435
4436 @cindex @code{cond} and attributes
4437 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4438 The first operand of this expression is a vector containing an even
4439 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4440 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4441 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4442 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4443 expression is that of the @var{default} expression.
4444 @end table
4445
4446 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4447
4448 @table @code
4449 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4450 @item (const_int @var{i})
4451 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4452
4453 @cindex @code{not} and attributes
4454 @cindex @code{ior} and attributes
4455 @cindex @code{and} and attributes
4456 @item (not @var{test})
4457 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4458 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4459 These tests are true if the indicated logical function is true.
4460
4461 @cindex @code{match_operand} and attributes
4462 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4463 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4464 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4465 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4466 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4467 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4468 string).
4469
4470 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4471
4472 @cindex @code{le} and attributes
4473 @cindex @code{leu} and attributes
4474 @cindex @code{lt} and attributes
4475 @cindex @code{gt} and attributes
4476 @cindex @code{gtu} and attributes
4477 @cindex @code{ge} and attributes
4478 @cindex @code{geu} and attributes
4479 @cindex @code{ne} and attributes
4480 @cindex @code{eq} and attributes
4481 @cindex @code{plus} and attributes
4482 @cindex @code{minus} and attributes
4483 @cindex @code{mult} and attributes
4484 @cindex @code{div} and attributes
4485 @cindex @code{mod} and attributes
4486 @cindex @code{abs} and attributes
4487 @cindex @code{neg} and attributes
4488 @cindex @code{ashift} and attributes
4489 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4490 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4491 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4492 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4493 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4494 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4495 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4496 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4497 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4498 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4499 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4500 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4501 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4502 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4503 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4504 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4505 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4506
4507 @findex get_attr
4508 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4509 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4510 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4511 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4512 variable.
4513
4514 @findex eq_attr
4515 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4516 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4517
4518 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4519 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4520 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4521 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4522 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4523 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4524 @emph{not} in the specified list.
4525
4526 For example,
4527
4528 @smallexample
4529 (eq_attr "type" "load,store")
4530 @end smallexample
4531
4532 @noindent
4533 is equivalent to
4534
4535 @smallexample
4536 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4537 @end smallexample
4538
4539 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4540 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4541 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4542 example,
4543
4544 @smallexample
4545 (eq_attr "alternative" "2,3")
4546 @end smallexample
4547
4548 @noindent
4549 is equivalent to
4550
4551 @smallexample
4552 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4553      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4554 @end smallexample
4555
4556 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4557 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4558 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4559
4560 @findex attr_flag
4561 @item (attr_flag @var{name})
4562 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4563 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4564 scheduled.
4565
4566 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4567 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4568 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4569 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4570 if a conditional branch is expected to be taken.
4571
4572 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4573 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4574
4575 This example describes a conditional branch delay slot which
4576 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
4577 for backward branches which are not taken (annul-false).
4578
4579 @smallexample
4580 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
4581   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
4582    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4583         (attr_flag "forward"))
4584    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
4585         (attr_flag "backward"))])
4586 @end smallexample
4587
4588 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
4589 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4590
4591 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
4592 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4593 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
4594 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
4595
4596 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
4597 meaning to other passes of the compiler.
4598
4599 @findex attr
4600 @item (attr @var{name})
4601 The value of another attribute is returned.  This is most useful
4602 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
4603 produce more efficient code for non-numeric attributes.
4604 @end table
4605
4606 @node Tagging Insns
4607 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
4608 @cindex tagging insns
4609 @cindex assigning attribute values to insns
4610
4611 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
4612 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
4613 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
4614 have an optional last argument to specify the values of attributes for
4615 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
4616 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
4617 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
4618 permits the specification of the values for only one or two attributes
4619 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
4620 next section.
4621
4622 The optional last argument of @code{define_insn} and
4623 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
4624 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
4625 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
4626 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
4627 second operand of the @code{set} is an attribute expression
4628 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
4629
4630 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
4631 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
4632 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
4633 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
4634 each alternative.
4635
4636 @findex set_attr
4637 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
4638 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
4639 specifying a string giving either a single attribute value or a list
4640 of attribute values, one for each alternative.
4641
4642 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
4643 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
4644
4645 @table @code
4646 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
4647 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
4648 or a string containing a comma-separated list giving the values for
4649 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
4650 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
4651
4652 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
4653 which case the attribute will assume its default value for insns matching
4654 that alternative.
4655
4656 @findex set_attr_alternative
4657 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
4658 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
4659 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
4660 tests on the @samp{alternative} attribute.
4661
4662 @findex attr
4663 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
4664 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
4665 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
4666 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
4667 @end table
4668
4669 The following shows three different ways of representing the same
4670 attribute value specification:
4671
4672 @smallexample
4673 (set_attr "type" "load,store,arith")
4674
4675 (set_attr_alternative "type"
4676                       [(const_string "load") (const_string "store")
4677                        (const_string "arith")])
4678
4679 (set (attr "type")
4680      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
4681             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
4682            (const_string "arith")))
4683 @end smallexample
4684
4685 @need 1000
4686 @findex define_asm_attributes
4687 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
4688 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
4689 statement.  It has the form:
4690
4691 @smallexample
4692 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
4693 @end smallexample
4694
4695 @noindent
4696 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
4697 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
4698
4699 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
4700 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
4701
4702 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
4703 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
4704 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
4705 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
4706 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
4707 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
4708 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
4709 of a single machine instruction.
4710
4711 @node Attr Example
4712 @subsection Example of Attribute Specifications
4713 @cindex attribute specifications example
4714 @cindex attribute specifications
4715
4716 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
4717 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
4718 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
4719 value.  This attribute is normally used only to define the default value
4720 for other attributes.  An example will clarify this usage.
4721
4722 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
4723 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
4724 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
4725 operations, floating point operations, and branches.
4726
4727 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
4728 the condition code and will limit ourselves to the following possible
4729 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
4730 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
4731 changed if the item previously set into the condition code has been
4732 modified.
4733
4734 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
4735
4736 @smallexample
4737 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
4738
4739 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
4740              (cond [(eq_attr "type" "load")
4741                         (const_string "change0")
4742                     (eq_attr "type" "store,branch")
4743                         (const_string "unchanged")
4744                     (eq_attr "type" "arith")
4745                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
4746                                       (const_string "set")
4747                                       (const_string "clobber"))]
4748                    (const_string "clobber")))
4749
4750 (define_insn ""
4751   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
4752         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
4753   ""
4754   "@@
4755    move %0,%1
4756    load %0,%1
4757    store %0,%1"
4758   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
4759 @end smallexample
4760
4761 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
4762 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
4763 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
4764 full-word result.
4765
4766 @node Insn Lengths
4767 @subsection Computing the Length of an Insn
4768 @cindex insn lengths, computing
4769 @cindex computing the length of an insn
4770
4771 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
4772 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
4773 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
4774 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
4775 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
4776 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
4777
4778 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
4779 arithmetic terms are allowed in test expressions:
4780
4781 @table @code
4782 @cindex @code{match_dup} and attributes
4783 @item (match_dup @var{n})
4784 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
4785 must be a @code{label_ref}.
4786
4787 @cindex @code{pc} and attributes
4788 @item (pc)
4789 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
4790 been more consistent with other usage to make this the address of the
4791 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
4792 current insn is to be computed.
4793 @end table
4794
4795 @cindex @code{addr_vec}, length of
4796 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
4797 For normal insns, the length will be determined by value of the
4798 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
4799 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
4800 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
4801
4802 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
4803
4804 The following macros can be used to refine the length computation:
4805
4806 @table @code
4807 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
4808 @item FIRST_INSN_ADDRESS
4809 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
4810 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
4811 not specified, 0 is used.
4812
4813 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
4814 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
4815 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
4816 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
4817 that contains the initially computed length of the insn and should be
4818 updated with the correct length of the insn.
4819
4820 This macro will normally not be required.  A case in which it is
4821 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
4822 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
4823 may be required.
4824 @end table
4825
4826 @findex get_attr_length
4827 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
4828 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
4829 determine the form of the branch instruction to be written, as the
4830 example below illustrates.
4831
4832 As an example of the specification of variable-length branches, consider
4833 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
4834 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
4835 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
4836 sequence to load the address from memory and then branch to it.
4837
4838 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
4839 as follows:
4840
4841 @smallexample
4842 (define_insn "jump"
4843   [(set (pc)
4844         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
4845   ""
4846 @{
4847    return (get_attr_length (insn) == 4
4848            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
4849 @}
4850   [(set (attr "length")
4851         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
4852                       (const_int 4)
4853                       (const_int 6)))])
4854 @end smallexample
4855
4856 @node Constant Attributes
4857 @subsection Constant Attributes
4858 @cindex constant attributes
4859
4860 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
4861 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
4862 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
4863 used to specify which variety of processor is used.  For example,
4864
4865 @smallexample
4866 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
4867  (const
4868   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
4869          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
4870         (const_string "m88000"))))
4871
4872 (define_attr "memory" "fast,slow"
4873  (const
4874   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
4875                 (const_string "fast")
4876                 (const_string "slow"))))
4877 @end smallexample
4878
4879 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
4880 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
4881 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
4882 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
4883 forms involving insn attributes.
4884
4885 @node Delay Slots
4886 @subsection Delay Slot Scheduling
4887 @cindex delay slots, defining
4888
4889 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
4890 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
4891 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
4892 after the instruction are executed as if they were located before it.
4893 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
4894 the following instruction before the branch or call is performed.
4895
4896 On some machines, conditional branch instructions can optionally
4897 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
4898 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
4899 instructions that annul if the branch is true and instructions that
4900 annul if the branch is false are supported.
4901
4902 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
4903 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
4904 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
4905 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
4906 instruction scheduling.
4907
4908 @findex define_delay
4909 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
4910 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
4911
4912 @smallexample
4913 (define_delay @var{test}
4914               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
4915                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
4916                @dots{}])
4917 @end smallexample
4918
4919 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
4920 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
4921 required delay slots is determined by the length of the vector specified
4922 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
4923 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
4924 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
4925 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
4926 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
4927 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
4928
4929 For example, in the common case where branch and call insns require
4930 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
4931 call, the following would be placed in the @file{md} file:
4932
4933 @smallexample
4934 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
4935               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4936 @end smallexample
4937
4938 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
4939 case, each such expression specifies different delay slot requirements
4940 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
4941 expressions are both true.
4942
4943 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
4944 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
4945 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
4946 branch is true, we might represent this as follows:
4947
4948 @smallexample
4949 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
4950    [(eq_attr "type" "!branch,call")
4951     (eq_attr "type" "!branch,call")
4952     (nil)])
4953
4954 (define_delay (eq_attr "type" "call")
4955               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
4956                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
4957 @end smallexample
4958 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
4959
4960 @node Function Units
4961 @subsection Specifying Function Units
4962 @cindex function units, for scheduling
4963
4964 On most RISC machines, there are instructions whose results are not
4965 available for a specific number of cycles.  Common cases are instructions
4966 that load data from memory.  On many machines, a pipeline stall will result
4967 if the data is referenced too soon after the load instruction.
4968
4969 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
4970 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
4971 stalls when a result that is needed is not yet ready.
4972
4973 The descriptions in this section allow the specification of how much
4974 time must elapse between the execution of an instruction and the time
4975 when its result is used.  It also allows specification of when the
4976 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
4977 due to function unit conflicts.
4978
4979 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
4980 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
4981 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units that
4982 accept one instruction each cycle and allow a result to be used in the
4983 succeeding instruction (usually via forwarding) need not be specified.
4984 Classic RISC microprocessors will normally have a single function unit,
4985 which we can call @samp{memory}.  The newer ``superscalar'' processors
4986 will often have function units for floating point operations, usually at
4987 least a floating point adder and multiplier.
4988
4989 @findex define_function_unit
4990 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
4991 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
4992
4993 @smallexample
4994 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
4995                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
4996                      [@var{conflict-list}])
4997 @end smallexample
4998
4999 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5000
5001 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5002 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5003 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5004 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5005 only common example of a machine that has multiple function units for a
5006 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5007 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5008
5009 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5010 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5011 if the unit is pipelined and has no limit.
5012
5013 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5014 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5015 @var{simultaneity}.
5016
5017 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5018 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5019 unit and a function unit may be specified in more than one
5020 @code{define_function_unit}.
5021
5022 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5023 after which the result of the instruction can be used without
5024 introducing any stalls.
5025
5026 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5027 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5028 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5029 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5030 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5031 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5032 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5033 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5034 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5035 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5036
5037 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5038 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5039 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5040 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5041 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5042 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5043 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5044 function unit.
5045
5046 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5047 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5048 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5049
5050 As an example, consider a classic RISC machine where the result of a
5051 load instruction is not available for two cycles (a single ``delay''
5052 instruction is required) and where only one load instruction can be executed
5053 simultaneously.  This would be specified as:
5054
5055 @smallexample
5056 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5057 @end smallexample
5058
5059 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5060 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5061
5062 @smallexample
5063 (define_function_unit
5064    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5065 (define_function_unit
5066    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5067 @end smallexample
5068
5069 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5070 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5071 expression.  It has recently come to our attention that these
5072 specifications may not allow modeling of some of the newer
5073 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5074 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5075 used during their execution and there is no way of representing that
5076 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5077 in such processors and suggestions for their representation.
5078 @end ifset
5079
5080 @node Conditional Execution
5081 @section Conditional Execution
5082 @cindex conditional execution
5083 @cindex predication
5084
5085 A number of architectures provide for some form of conditional
5086 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5087 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5088 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
5089 can be quite tedious to describe these forms directly in the
5090 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
5091
5092 @findex define_cond_exec
5093 @smallexample
5094 (define_cond_exec
5095   [@var{predicate-pattern}]
5096   "@var{condition}"
5097   "@var{output-template}")
5098 @end smallexample
5099
5100 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
5101 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
5102 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
5103 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
5104 alternative.
5105
5106 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
5107 pattern to match.
5108
5109 @findex current_insn_predicate
5110 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
5111 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
5112 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
5113 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
5114 In order to handle the general case, there is a global variable
5115 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
5116 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
5117
5118 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
5119 the @code{predicable} instruction attribute is made.
5120 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
5121 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
5122 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
5123 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
5124 alternative or anything else.
5125
5126 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
5127 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
5128 generated that matches a predicated version of the instruction.
5129 For example,
5130
5131 @smallexample
5132 (define_insn "addsi"
5133   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5134         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5135                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
5136   "@var{test1}"
5137   "add %2,%1,%0")
5138
5139 (define_cond_exec
5140   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
5141        (const_int 0))]
5142   "@var{test2}"
5143   "(%0)")
5144 @end smallexample
5145
5146 @noindent
5147 generates a new pattern
5148
5149 @smallexample
5150 (define_insn ""
5151   [(cond_exec
5152      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
5153      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
5154           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
5155                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
5156   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
5157   "(%3) add %2,%1,%0")
5158 @end smallexample
5159
5160 @node Constant Definitions
5161 @section Constant Definitions
5162 @cindex constant definitions
5163 @findex define_constants
5164
5165 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
5166 can be a maintenance problem.
5167
5168 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
5169 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
5170 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
5171 if the corresponding value had been written instead.  You may use
5172 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
5173 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
5174 a different value.
5175
5176 To come back to the a29k load multiple example, instead of
5177
5178 @smallexample
5179 (define_insn ""
5180   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5181      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5182            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5183       (use (reg:SI 179))
5184       (clobber (reg:SI 179))])]
5185   ""
5186   "loadm 0,0,%1,%2")
5187 @end smallexample
5188
5189 You could write:
5190
5191 @smallexample
5192 (define_constants [
5193     (R_BP 177)
5194     (R_FC 178)
5195     (R_CR 179)
5196     (R_Q  180)
5197 ])
5198
5199 (define_insn ""
5200   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
5201      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
5202            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
5203       (use (reg:SI R_CR))
5204       (clobber (reg:SI R_CR))])]
5205   ""
5206   "loadm 0,0,%1,%2")
5207 @end smallexample
5208
5209 The constants that are defined with a define_constant are also output
5210 in the insn-codes.h header file as #defines.