OSDN Git Service

46bd4f61112dca6c7a347b1e5efc613ba933d1f3
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
11
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
20
21 See the next chapter for information on the C header file.
22
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
53
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
56
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
58
59 @enumerate
60
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
67
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
71
72 @end enumerate
73
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
82
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
96
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
106
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
122
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
127
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
130
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
135
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
142
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
147
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
160
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
168
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
181
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
185
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
194 @{
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
200
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
203
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209 @{
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
213 @})
214 @end smallexample
215
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
222
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
226
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
236
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
240
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
246
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
256
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
264
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
275
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
281
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
296
297 When matching patterns, this is equivalent to
298
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
302
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
305
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
310
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
316
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
323
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
338
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350
351 @smallexample
352 int
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
356 @{
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
362 @}
363 @end smallexample
364
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
367
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
373
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
376
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
394
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
407
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
417
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
433
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
437
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
448
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
454
455 An insn that matches this pattern might look like:
456
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
469
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
474
475 @end table
476
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
481
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
490
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
493
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
498
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
502
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
505
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
511
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
514
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
519
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
538
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
549
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
559
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
564
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
570
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
576
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
584
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
595
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
609
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
612
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
621
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
628
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
636
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
651
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
667
668 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
673
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
682
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
691
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
700
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
713
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
720
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
726
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
732
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
737
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
747
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
753
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
760
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
764
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
770
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
774
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
778
779 @noindent
780 means exactly what
781
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
785
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
792
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
798
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
807
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
818
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
829
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
837
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
844
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
848
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
852
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
856
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
861
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
864
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
870
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
878
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
884
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
890
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
895
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
900
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
908
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
912
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
916
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
931
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
938
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
950
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
957
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
964
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
970
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
973
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
982
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
985
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
991 @{
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
995
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
998 @})
999 @end group
1000 @end smallexample
1001
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1014
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1018
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1024
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1033
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1038
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1046
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1059
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1072
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1081
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1085
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1089
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1096
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1104
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1113
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1122
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1127
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1132
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1145
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1151
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1157
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1164
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1171
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1180
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1186
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1191
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1197
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1202
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1207
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1216
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1221
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1233
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1240
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1247
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1262
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1266
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1272
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1281
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1289
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1295
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1304
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1311
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1313
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1322
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1325
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1334
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1338
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1345
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1354
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1359
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1365
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1374
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1379
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1382
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1388
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1395
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1402
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1408
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1417
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1422
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1432
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1436
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1442
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1450
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1458
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1466
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1474
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1483
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1491
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1500
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1506
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1517
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1521
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1526
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1529
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1535
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1539
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1545
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1548
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1557
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1562
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1568
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1570
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1582
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1598
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1604
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1610
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1620
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1630
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1635
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1644
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1654
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1660
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1663
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1667
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1671
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1676
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1679
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1682
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1685
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1688
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1692
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1695
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1698
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1701
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1704
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1708
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1713
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1716
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1719
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1722
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1725
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1728
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1731
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1734
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1737
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1740
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1743
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1746
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1749
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1752
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1755
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1758
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1761
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1764
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1767
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1770
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1773
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1776 @end table
1777
1778 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1779 @table @code
1780
1781 @item b
1782 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1783
1784 @item l
1785 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1786
1787 @item h
1788 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1789
1790 @item k
1791 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1792
1793 @item I
1794 Constant that fits in 3 bits
1795
1796 @item J
1797 Constant that fits in 4 bits
1798
1799 @item K
1800 Constant that fits in 5 bits
1801
1802 @item L
1803 Constant that is one of @minus{}1, 4, @minus{}4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1804
1805 @item G
1806 Floating point constant that is legal for store immediate
1807 @end table
1808
1809 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1810 @table @code
1811 @item a
1812 General register 1
1813
1814 @item f
1815 Floating point register
1816
1817 @item q
1818 Shift amount register
1819
1820 @item x
1821 Floating point register (deprecated)
1822
1823 @item y
1824 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1825
1826 @item Z
1827 Any register
1828
1829 @item I
1830 Signed 11-bit integer constant
1831
1832 @item J
1833 Signed 14-bit integer constant
1834
1835 @item K
1836 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1837
1838 @item L
1839 Signed 5-bit integer constant
1840
1841 @item M
1842 Integer constant 0
1843
1844 @item N
1845 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1846
1847 @item O
1848 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1849
1850 @item P
1851 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1852 and @code{extru} instructions
1853
1854 @item S
1855 Integer constant 31
1856
1857 @item U
1858 Integer constant 63
1859
1860 @item G
1861 Floating-point constant 0.0
1862
1863 @item A
1864 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1865
1866 @item Q
1867 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1868 integer store instruction
1869
1870 @item R
1871 A scaled or unscaled indexed memory operand
1872
1873 @item T
1874 A memory operand for floating-point loads and stores
1875
1876 @item W
1877 A register indirect memory operand
1878 @end table
1879
1880 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1881 @table @code
1882 @item k
1883 Stack register.
1884
1885 @item f
1886 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1887 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1888 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1889 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1890 size.
1891
1892 @item t
1893 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1894 register to create a 32-bit register.
1895
1896 @item a
1897 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1898 constant + offset).
1899
1900 @item I
1901 4-bit signed integer.
1902
1903 @item J
1904 4-bit unsigned integer.
1905
1906 @item K
1907 8-bit signed integer.
1908
1909 @item M
1910 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1911
1912 @item N
1913 10-bit signed integer
1914
1915 @item O
1916 16-bit signed integer.
1917
1918 @end table
1919
1920 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1921 @table @code
1922 @item b
1923 Address base register
1924
1925 @item d
1926 Floating point register (containing 64-bit value)
1927
1928 @item f
1929 Floating point register (containing 32-bit value)
1930
1931 @item v
1932 Altivec vector register
1933
1934 @item wd
1935 VSX vector register to hold vector double data
1936
1937 @item wf
1938 VSX vector register to hold vector float data
1939
1940 @item ws
1941 VSX vector register to hold scalar float data
1942
1943 @item wa
1944 Any VSX register
1945
1946 @item h
1947 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1948
1949 @item q
1950 @samp{MQ} register
1951
1952 @item c
1953 @samp{CTR} register
1954
1955 @item l
1956 @samp{LINK} register
1957
1958 @item x
1959 @samp{CR} register (condition register) number 0
1960
1961 @item y
1962 @samp{CR} register (condition register)
1963
1964 @item z
1965 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
1966
1967 @item I
1968 Signed 16-bit constant
1969
1970 @item J
1971 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1972 @code{SImode} constants)
1973
1974 @item K
1975 Unsigned 16-bit constant
1976
1977 @item L
1978 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1979
1980 @item M
1981 Constant larger than 31
1982
1983 @item N
1984 Exact power of 2
1985
1986 @item O
1987 Zero
1988
1989 @item P
1990 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1991
1992 @item G
1993 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1994 instruction per word
1995
1996 @item H
1997 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1998 three instructions
1999
2000 @item m
2001 Memory operand.  Note that on PowerPC targets, @code{m} can include
2002 addresses that update the base register.  It is therefore only safe
2003 to use @samp{m} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2004 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2005 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2006 corresponding load or store instruction.  For example:
2007
2008 @smallexample
2009 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m" (mem) : "r" (val));
2010 @end smallexample
2011
2012 is correct but:
2013
2014 @smallexample
2015 asm ("st %1,%0" : "=m" (mem) : "r" (val));
2016 @end smallexample
2017
2018 is not.  Use @code{es} rather than @code{m} if you don't want the
2019 base register to be updated.
2020
2021 @item es
2022 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2023 automodification of the base register.  Unlike @samp{m}, this constraint
2024 can be used in @code{asm} statements that might access the operand
2025 several times, or that might not access it at all.
2026
2027 @item Q
2028 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2029 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2030
2031 @item Z
2032 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2033 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2034
2035 @item R
2036 AIX TOC entry
2037
2038 @item a
2039 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2040 preferable for @code{asm} statements)
2041
2042 @item S
2043 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2044
2045 @item T
2046 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2047
2048 @item U
2049 System V Release 4 small data area reference
2050
2051 @item t
2052 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2053
2054 @item W
2055 Vector constant that does not require memory
2056
2057 @item j
2058 Vector constant that is all zeros.
2059
2060 @end table
2061
2062 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2063 @table @code
2064 @item R
2065 Legacy register---the eight integer registers available on all
2066 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2067 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2068
2069 @item q
2070 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2071 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2072
2073 @item Q
2074 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2075 @code{c}, and @code{d}.
2076
2077 @ifset INTERNALS
2078 @item l
2079 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2080 access: that is, any general register except the stack pointer.
2081 @end ifset
2082
2083 @item a
2084 The @code{a} register.
2085
2086 @item b
2087 The @code{b} register.
2088
2089 @item c
2090 The @code{c} register.
2091
2092 @item d
2093 The @code{d} register.
2094
2095 @item S
2096 The @code{si} register.
2097
2098 @item D
2099 The @code{di} register.
2100
2101 @item A
2102 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2103 return half the result in one and half in the other).
2104
2105 @item f
2106 Any 80387 floating-point (stack) register.
2107
2108 @item t
2109 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2110
2111 @item u
2112 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2113
2114 @item y
2115 Any MMX register.
2116
2117 @item x
2118 Any SSE register.
2119
2120 @item Yz
2121 First SSE register (@code{%xmm0}).
2122
2123 @ifset INTERNALS
2124 @item Y2
2125 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2126
2127 @item Yi
2128 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2129
2130 @item Ym
2131 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2132 @end ifset
2133
2134 @item I
2135 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2136
2137 @item J
2138 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2139
2140 @item K
2141 Signed 8-bit integer constant.
2142
2143 @item L
2144 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2145
2146 @item M
2147 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2148
2149 @item N
2150 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2151 instructions).
2152
2153 @ifset INTERNALS
2154 @item O
2155 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2156 @end ifset
2157
2158 @item G
2159 Standard 80387 floating point constant.
2160
2161 @item C
2162 Standard SSE floating point constant.
2163
2164 @item e
2165 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2166 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2167 instructions).
2168
2169 @item Z
2170 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2171 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2172 instructions).
2173
2174 @end table
2175
2176 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2177 @table @code
2178 @item a
2179 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2180
2181 @item b
2182 Branch register
2183
2184 @item c
2185 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2186
2187 @item d
2188 Application register residing in M-unit
2189
2190 @item e
2191 Application register residing in I-unit
2192
2193 @item f
2194 Floating-point register
2195
2196 @item m
2197 Memory operand.
2198 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2199 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2200 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2201
2202 @item G
2203 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2204
2205 @item I
2206 14-bit signed integer constant
2207
2208 @item J
2209 22-bit signed integer constant
2210
2211 @item K
2212 8-bit signed integer constant for logical instructions
2213
2214 @item L
2215 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2216
2217 @item M
2218 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2219
2220 @item N
2221 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2222
2223 @item O
2224 The constant zero
2225
2226 @item P
2227 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2228
2229 @item Q
2230 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2231
2232 @item R
2233 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2234
2235 @item S
2236 Memory operand except postincrement and postdecrement
2237 @end table
2238
2239 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2240 @table @code
2241 @item a
2242 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2243
2244 @item b
2245 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2246
2247 @item c
2248 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2249 @code{icc0} to @code{icc3}).
2250
2251 @item d
2252 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2253
2254 @item e
2255 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2256 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2257 mode larger than 4 bytes.
2258
2259 @item f
2260 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2261
2262 @item h
2263 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2264 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2265 mode larger than 4 bytes.
2266
2267 @item l
2268 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2269
2270 @item q
2271 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2272 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2273 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2274
2275 @item t
2276 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2277
2278 @item u
2279 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2280
2281 @item v
2282 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2283
2284 @item w
2285 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2286
2287 @item x
2288 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2289 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2290 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2291
2292 @item z
2293 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2294
2295 @item A
2296 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2297
2298 @item B
2299 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2300
2301 @item C
2302 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2303
2304 @item G
2305 Floating point constant zero
2306
2307 @item I
2308 6-bit signed integer constant
2309
2310 @item J
2311 10-bit signed integer constant
2312
2313 @item L
2314 16-bit signed integer constant
2315
2316 @item M
2317 16-bit unsigned integer constant
2318
2319 @item N
2320 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2321 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2322
2323 @item O
2324 Constant zero
2325
2326 @item P
2327 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2328 range of 1 to 2047.
2329
2330 @end table
2331
2332 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2333 @table @code
2334 @item a
2335 P register
2336
2337 @item d
2338 D register
2339
2340 @item z
2341 A call clobbered P register.
2342
2343 @item q@var{n}
2344 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2345 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2346
2347 @item D
2348 Even-numbered D register
2349
2350 @item W
2351 Odd-numbered D register
2352
2353 @item e
2354 Accumulator register.
2355
2356 @item A
2357 Even-numbered accumulator register.
2358
2359 @item B
2360 Odd-numbered accumulator register.
2361
2362 @item b
2363 I register
2364
2365 @item v
2366 B register
2367
2368 @item f
2369 M register
2370
2371 @item c
2372 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2373
2374 @item C
2375 The CC register.
2376
2377 @item t
2378 LT0 or LT1.
2379
2380 @item k
2381 LC0 or LC1.
2382
2383 @item u
2384 LB0 or LB1.
2385
2386 @item x
2387 Any D, P, B, M, I or L register.
2388
2389 @item y
2390 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2391 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2392
2393 @item w
2394 Any register except accumulators or CC.
2395
2396 @item Ksh
2397 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2398
2399 @item Kuh
2400 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2401
2402 @item Ks7
2403 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2404
2405 @item Ku7
2406 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2407
2408 @item Ku5
2409 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2410
2411 @item Ks4
2412 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2413
2414 @item Ks3
2415 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2416
2417 @item Ku3
2418 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2419
2420 @item P@var{n}
2421 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2422
2423 @item PA
2424 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2425 use with either accumulator.
2426
2427 @item PB
2428 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2429 use only with accumulator A1.
2430
2431 @item M1
2432 Constant 255.
2433
2434 @item M2
2435 Constant 65535.
2436
2437 @item J
2438 An integer constant with exactly a single bit set.
2439
2440 @item L
2441 An integer constant with all bits set except exactly one.
2442
2443 @item H
2444
2445 @item Q
2446 Any SYMBOL_REF.
2447 @end table
2448
2449 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2450 @table @code
2451 @item Rsp
2452 @itemx Rfb
2453 @itemx Rsb
2454 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2455
2456 @item Rcr
2457 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2458 registers are 24 bits wide)
2459
2460 @item Rcl
2461 Any control register, when they're 24 bits wide.
2462
2463 @item R0w
2464 @itemx R1w
2465 @itemx R2w
2466 @itemx R3w
2467 $r0, $r1, $r2, $r3.
2468
2469 @item R02
2470 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2471
2472 @item R13
2473 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2474
2475 @item Rdi
2476 A register that can hold a 64 bit value.
2477
2478 @item Rhl
2479 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2480
2481 @item R23
2482 $r2 or $r3
2483
2484 @item Raa
2485 Address registers
2486
2487 @item Raw
2488 Address registers when they're 16 bits wide.
2489
2490 @item Ral
2491 Address registers when they're 24 bits wide.
2492
2493 @item Rqi
2494 Registers that can hold QI values.
2495
2496 @item Rad
2497 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2498
2499 @item Rsi
2500 Registers that can hold 32 bit values.
2501
2502 @item Rhi
2503 Registers that can hold 16 bit values.
2504
2505 @item Rhc
2506 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2507 registers.
2508
2509 @item Rra
2510 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2511
2512 @item Rfl
2513 The flags register.
2514
2515 @item Rmm
2516 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2517
2518 @item Rpi
2519 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2520 bit registers for m32cm, m32c).
2521
2522 @item Rpa
2523 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2524 Used to match function return values.
2525
2526 @item Is3
2527 @minus{}8 @dots{} 7
2528
2529 @item IS1
2530 @minus{}128 @dots{} 127
2531
2532 @item IS2
2533 @minus{}32768 @dots{} 32767
2534
2535 @item IU2
2536 0 @dots{} 65535
2537
2538 @item In4
2539 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2540
2541 @item In5
2542 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2543
2544 @item In6
2545 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2546
2547 @item IM2
2548 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2549
2550 @item Ilb
2551 An 8 bit value with exactly one bit set.
2552
2553 @item Ilw
2554 A 16 bit value with exactly one bit set.
2555
2556 @item Sd
2557 The common src/dest memory addressing modes.
2558
2559 @item Sa
2560 Memory addressed using $a0 or $a1.
2561
2562 @item Si
2563 Memory addressed with immediate addresses.
2564
2565 @item Ss
2566 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2567
2568 @item Sf
2569 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2570
2571 @item Ss
2572 Memory addressed using the small base register ($sb).
2573
2574 @item S1
2575 $r1h
2576 @end table
2577
2578 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2579 @table @code
2580
2581 @item a
2582 The $sp register.
2583
2584 @item b
2585 The $tp register.
2586
2587 @item c
2588 Any control register.
2589
2590 @item d
2591 Either the $hi or the $lo register.
2592
2593 @item em
2594 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2595
2596 @item ex
2597 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2598
2599 @item er
2600 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2601
2602 @item h
2603 The $hi register.
2604
2605 @item j
2606 The $rpc register.
2607
2608 @item l
2609 The $lo register.
2610
2611 @item t
2612 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2613
2614 @item v
2615 The $gp register.
2616
2617 @item x
2618 The coprocessor registers.
2619
2620 @item y
2621 The coprocessor control registers.
2622
2623 @item z
2624 The $0 register.
2625
2626 @item A
2627 User-defined register set A.
2628
2629 @item B
2630 User-defined register set B.
2631
2632 @item C
2633 User-defined register set C.
2634
2635 @item D
2636 User-defined register set D.
2637
2638 @item I
2639 Offsets for $gp-rel addressing.
2640
2641 @item J
2642 Constants that can be used directly with boolean insns.
2643
2644 @item K
2645 Constants that can be moved directly to registers.
2646
2647 @item L
2648 Small constants that can be added to registers.
2649
2650 @item M
2651 Long shift counts.
2652
2653 @item N
2654 Small constants that can be compared to registers.
2655
2656 @item O
2657 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2658
2659 @item S
2660 Signed 8-bit immediates.
2661
2662 @item T
2663 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2664
2665 @item U
2666 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2667
2668 @item W
2669 The top half of a symbol's value.
2670
2671 @item Y
2672 A register indirect address without offset.
2673
2674 @item Z
2675 Symbolic references to the control bus.
2676
2677
2678
2679 @end table
2680
2681 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2682 @table @code
2683 @item d
2684 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2685 generating MIPS16 code.
2686
2687 @item f
2688 A floating-point register (if available).
2689
2690 @item h
2691 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2692
2693 @item l
2694 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2695 no bigger than a word.
2696
2697 @item x
2698 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2699 to store doubleword values.
2700
2701 @item c
2702 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2703 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2704
2705 @item v
2706 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2707 it is retained only for compatibility with glibc.
2708
2709 @item y
2710 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2711
2712 @item z
2713 A floating-point condition code register.
2714
2715 @item I
2716 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2717
2718 @item J
2719 Integer zero.
2720
2721 @item K
2722 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2723
2724 @item L
2725 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2726 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2727
2728 @item M
2729 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2730 or @code{ori}.
2731
2732 @item N
2733 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2734
2735 @item O
2736 A signed 15-bit constant.
2737
2738 @item P
2739 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2740
2741 @item G
2742 Floating-point zero.
2743
2744 @item R
2745 An address that can be used in a non-macro load or store.
2746 @end table
2747
2748 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2749 @table @code
2750 @item a
2751 Address register
2752
2753 @item d
2754 Data register
2755
2756 @item f
2757 68881 floating-point register, if available
2758
2759 @item I
2760 Integer in the range 1 to 8
2761
2762 @item J
2763 16-bit signed number
2764
2765 @item K
2766 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2767
2768 @item L
2769 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2770
2771 @item M
2772 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2773
2774 @item N
2775 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2776
2777 @item O
2778 16 (for rotate using swap)
2779
2780 @item P
2781 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2782
2783 @item R
2784 Numbers that mov3q can handle
2785
2786 @item G
2787 Floating point constant that is not a 68881 constant
2788
2789 @item S
2790 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2791
2792 @item T
2793 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2794
2795 @item Q
2796 Address register indirect addressing mode
2797
2798 @item U
2799 Register offset addressing
2800
2801 @item W
2802 const_call_operand
2803
2804 @item Cs
2805 symbol_ref or const
2806
2807 @item Ci
2808 const_int
2809
2810 @item C0
2811 const_int 0
2812
2813 @item Cj
2814 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2815
2816 @item Cmvq
2817 Integers valid for mvq
2818
2819 @item Capsw
2820 Integers valid for a moveq followed by a swap
2821
2822 @item Cmvz
2823 Integers valid for mvz
2824
2825 @item Cmvs
2826 Integers valid for mvs
2827
2828 @item Ap
2829 push_operand
2830
2831 @item Ac
2832 Non-register operands allowed in clr
2833
2834 @end table
2835
2836 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2837 @table @code
2838 @item a
2839 Register `a'
2840
2841 @item b
2842 Register `b'
2843
2844 @item d
2845 Register `d'
2846
2847 @item q
2848 An 8-bit register
2849
2850 @item t
2851 Temporary soft register _.tmp
2852
2853 @item u
2854 A soft register _.d1 to _.d31
2855
2856 @item w
2857 Stack pointer register
2858
2859 @item x
2860 Register `x'
2861
2862 @item y
2863 Register `y'
2864
2865 @item z
2866 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2867
2868 @item A
2869 An address register: x, y or z
2870
2871 @item B
2872 An address register: x or y
2873
2874 @item D
2875 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2876
2877 @item L
2878 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2879
2880 @item M
2881 Constants whose 16-bit low part is zero
2882
2883 @item N
2884 Constant integer 1 or @minus{}1
2885
2886 @item O
2887 Constant integer 16
2888
2889 @item P
2890 Constants in the range @minus{}8 to 2
2891
2892 @end table
2893
2894 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2895 @table @code
2896 @item A
2897 An absolute address
2898
2899 @item B
2900 An offset address
2901
2902 @item W
2903 A register indirect memory operand
2904
2905 @item I
2906 A constant in the range of 0 to 255.
2907
2908 @item N
2909 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2910
2911 @end table
2912
2913 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2914 @table @code
2915 @item Q
2916 An address which does not involve register indirect addressing or
2917 pre/post increment/decrement addressing.
2918
2919 @item Symbol
2920 A symbol reference.
2921
2922 @item Int08
2923 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
2924
2925 @item Sint08
2926 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
2927
2928 @item Sint16
2929 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
2930
2931 @item Sint24
2932 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
2933
2934 @item Uint04
2935 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
2936
2937 @end table
2938
2939 @need 1000
2940 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2941 @table @code
2942 @item f
2943 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2944 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2945
2946 @item e
2947 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2948 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2949 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2950
2951 @item c
2952 Floating-point condition code register.
2953
2954 @item d
2955 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2956 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2957
2958 @item b
2959 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2960 when the Visual Instruction Set is available.
2961
2962 @item h
2963 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2964
2965 @item D
2966 A vector constant
2967
2968 @item I
2969 Signed 13-bit constant
2970
2971 @item J
2972 Zero
2973
2974 @item K
2975 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2976 loaded with the @code{sethi} instruction)
2977
2978 @item L
2979 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2980
2981 @item M
2982 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2983
2984 @item N
2985 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2986 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2987 modes wider than @code{SImode}
2988
2989 @item O
2990 The constant 4096
2991
2992 @item G
2993 Floating-point zero
2994
2995 @item H
2996 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2997
2998 @item Q
2999 Floating-point constant whose integral representation can
3000 be moved into an integer register using a single sethi
3001 instruction
3002
3003 @item R
3004 Floating-point constant whose integral representation can
3005 be moved into an integer register using a single mov
3006 instruction
3007
3008 @item S
3009 Floating-point constant whose integral representation can
3010 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3011 instruction sequence
3012
3013 @item T
3014 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3015
3016 @item U
3017 Even register
3018
3019 @item W
3020 Memory address for @samp{e} constraint registers
3021
3022 @item Y
3023 Vector zero
3024
3025 @end table
3026
3027 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3028 @table @code
3029 @item a
3030 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3031
3032 @item c
3033 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3034
3035 @item d
3036 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3037
3038 @item f
3039 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
3040
3041 @item A
3042 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3043
3044 @item B
3045 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3046
3047 @item C
3048 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3049
3050 @item D
3051 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3052
3053 @item I
3054 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.  
3055
3056 @item J
3057 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
3058
3059 @item K
3060 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
3061
3062 @item M
3063 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
3064
3065 @item N
3066 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
3067
3068 @item O
3069 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
3070
3071 @item P
3072 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
3073
3074 @item R
3075 Call operand, reg, for indirect calls 
3076
3077 @item S
3078 Call operand, symbol, for relative calls.  
3079
3080 @item T
3081 Call operand, const_int, for absolute calls.  
3082
3083 @item U
3084 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3085
3086 @item W
3087 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3088
3089 @item Y
3090 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
3091
3092 @item Z
3093 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3094
3095 @end table
3096
3097 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3098 @table @code
3099 @item a
3100 Address register (general purpose register except r0)
3101
3102 @item c
3103 Condition code register
3104
3105 @item d
3106 Data register (arbitrary general purpose register)
3107
3108 @item f
3109 Floating-point register
3110
3111 @item I
3112 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3113
3114 @item J
3115 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3116
3117 @item K
3118 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3119
3120 @item L
3121 Value appropriate as displacement.
3122 @table @code
3123 @item (0..4095)
3124 for short displacement
3125 @item (@minus{}524288..524287)
3126 for long displacement
3127 @end table
3128
3129 @item M
3130 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3131
3132 @item N
3133 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3134 @table @code
3135 @item 0..9:
3136 number of the part counting from most to least significant
3137 @item H,Q:
3138 mode of the part
3139 @item D,S,H:
3140 mode of the containing operand
3141 @item 0,F:
3142 value of the other parts (F---all bits set)
3143 @end table
3144 The constraint matches if the specified part of a constant
3145 has a value different from its other parts.
3146
3147 @item Q
3148 Memory reference without index register and with short displacement.
3149
3150 @item R
3151 Memory reference with index register and short displacement.
3152
3153 @item S
3154 Memory reference without index register but with long displacement.
3155
3156 @item T
3157 Memory reference with index register and long displacement.
3158
3159 @item U
3160 Pointer with short displacement.
3161
3162 @item W
3163 Pointer with long displacement.
3164
3165 @item Y
3166 Shift count operand.
3167
3168 @end table
3169
3170 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3171 @table @code
3172 @item d
3173 Registers from r0 to r32.
3174
3175 @item e
3176 Registers from r0 to r16.
3177
3178 @item t
3179 r8---r11 or r22---r27 registers.
3180
3181 @item h
3182 hi register.
3183
3184 @item l
3185 lo register.
3186
3187 @item x
3188 hi + lo register.
3189
3190 @item q
3191 cnt register.
3192
3193 @item y
3194 lcb register.
3195
3196 @item z
3197 scb register.
3198
3199 @item a
3200 cnt + lcb + scb register.
3201
3202 @item c
3203 cr0---cr15 register.
3204
3205 @item b
3206 cp1 registers.
3207
3208 @item f
3209 cp2 registers.
3210
3211 @item i
3212 cp3 registers.
3213
3214 @item j
3215 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3216
3217 @item I
3218 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3219
3220 @item J
3221 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3222
3223 @item K
3224 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3225
3226 @item L
3227 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3228
3229 @item M
3230 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3231
3232 @item N
3233 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3234
3235 @item Z
3236 Any SYMBOL_REF.
3237 @end table
3238
3239 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3240 @table @code
3241 @item a
3242 Register r0.
3243
3244 @item b
3245 Register r1.
3246
3247 @item c
3248 Register r2.
3249
3250 @item d
3251 Register r8.
3252
3253 @item e
3254 Registers r0 through r7.
3255
3256 @item t
3257 Registers r0 and r1.
3258
3259 @item y
3260 The carry register.
3261
3262 @item z
3263 Registers r8 and r9.
3264
3265 @item I
3266 A constant between 0 and 3 inclusive.
3267
3268 @item J
3269 A constant that has exactly one bit set.
3270
3271 @item K
3272 A constant that has exactly one bit clear.
3273
3274 @item L
3275 A constant between 0 and 255 inclusive.
3276
3277 @item M
3278 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3279
3280 @item N
3281 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3282
3283 @item O
3284 A constant between 1 and 4 inclusive.
3285
3286 @item P
3287 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3288
3289 @item Q
3290 A memory reference that is a stack push.
3291
3292 @item R
3293 A memory reference that is a stack pop.
3294
3295 @item S
3296 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3297
3298 @item T
3299 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3300
3301 @item U
3302 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3303
3304 @item Z
3305 The constant 0.
3306
3307 @end table
3308
3309 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3310 @table @code
3311 @item a
3312 General-purpose 32-bit register
3313
3314 @item b
3315 One-bit boolean register
3316
3317 @item A
3318 MAC16 40-bit accumulator register
3319
3320 @item I
3321 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3322
3323 @item J
3324 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3325
3326 @item K
3327 Integer constant valid for BccI instructions
3328
3329 @item L
3330 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3331
3332 @end table
3333
3334 @end table
3335
3336 @ifset INTERNALS
3337 @node Disable Insn Alternatives
3338 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3339 @cindex enabled
3340
3341 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3342 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3343 new instructions to an existing pattern which are only available for
3344 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3345 option.
3346
3347 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3348 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3349 unsatisfiable.
3350
3351 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3352 in the machine description files:
3353
3354 @enumerate
3355 @item
3356 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3357 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3358 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3359 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3360 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3361 @code{(const_int 0)} otherwise.
3362 @item
3363 A definition of another insn attribute used to describe for what
3364 reason an insn alternative might be available or
3365 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3366 @item
3367 An assignment for the second attribute to each insn definition
3368 combining instructions which are not all available under the same
3369 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3370 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3371 disabled or enabled using the insn condition.)
3372 @end enumerate
3373
3374 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3375 attribute:
3376
3377 @smallexample
3378
3379 (define_insn "*movdi_old"
3380   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3381         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3382   "!TARGET_NEW"
3383   "lgr %0,%1")
3384
3385 (define_insn "*movdi_new"
3386   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3387         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3388   "TARGET_NEW"
3389   "@@
3390    lgr  %0,%1
3391    ldgr %0,%1
3392    lgdr %0,%1")
3393
3394 @end smallexample
3395
3396 to:
3397
3398 @smallexample
3399
3400 (define_insn "*movdi_combined"
3401   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3402         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3403   ""
3404   "@@
3405    lgr  %0,%1
3406    ldgr %0,%1
3407    lgdr %0,%1"
3408   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3409
3410 @end smallexample
3411
3412 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3413
3414 @smallexample
3415
3416 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3417
3418 (define_attr "enabled" ""
3419   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3420          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3421               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3422          (const_int 1)]
3423         (const_int 0)))
3424
3425 @end smallexample
3426
3427 @end ifset
3428
3429 @ifset INTERNALS
3430 @node Define Constraints
3431 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3432 @cindex defining constraints
3433 @cindex constraints, defining
3434
3435 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3436 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3437 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3438 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3439
3440 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3441 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3442 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3443 must begin with a letter or underscore. 
3444
3445 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3446 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3447 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3448 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3449 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3450 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3451
3452 Register constraints correspond directly to register classes.
3453 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3454 definitions.
3455
3456 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3457 All three arguments are string constants.
3458 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3459 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3460 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3461 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3462 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3463 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3464 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3465 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3466 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3467 is not available on a given subarchitecture.
3468
3469 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3470 constraint.  Docstrings are explained further below.
3471 @end deffn
3472
3473 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3474 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3475 constraint matches.
3476
3477 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3478 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3479 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3480 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3481 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3482 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3483 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3484 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3485 might match, just like predicate expressions.
3486
3487 @code{match_test} C expressions have access to the
3488 following variables:
3489
3490 @table @var
3491 @item op
3492 The RTL object defining the operand.
3493 @item mode
3494 The machine mode of @var{op}.
3495 @item ival
3496 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3497 @item hval
3498 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3499 @code{const_double}.
3500 @item lval
3501 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3502 @code{const_double}.
3503 @item rval
3504 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3505 @code{const_double}.
3506 @end table
3507
3508 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3509 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3510 object.
3511 @end deffn
3512
3513 Most non-register constraints should be defined with
3514 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3515 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3516 by @code{reload} if they fail to match.
3517
3518 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3519 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3520 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3521 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3522 base register (from the register class specified by
3523 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3524
3525 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3526 memory references, but only those that do not make use of an index
3527 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3528 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3529 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3530 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3531 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3532 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3533
3534 The syntax and semantics are otherwise identical to
3535 @code{define_constraint}.
3536 @end deffn
3537
3538 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3539 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3540 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3541 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3542 with @var{X} a base register.
3543
3544 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3545 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3546 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3547 the generic @samp{p} constraint.
3548
3549 The syntax and semantics are otherwise identical to
3550 @code{define_constraint}.
3551 @end deffn
3552
3553 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3554 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3555 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3556 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3557 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3558 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3559 it correctly:
3560
3561 @smallexample
3562 @group
3563 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3564   "@var{doc}@dots{}"
3565   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3566        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3567 @end group
3568 @end smallexample
3569 @c the semicolons line up in the formatted manual
3570
3571 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3572 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3573
3574 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3575 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3576 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3577 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3578 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3579 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3580 causes a reload failure.
3581
3582 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3583 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3584 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3585 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3586
3587 @node C Constraint Interface
3588 @subsection Testing constraints from C
3589 @cindex testing constraints
3590 @cindex constraints, testing
3591
3592 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3593 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3594 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3595 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3596 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3597 may change in the future.
3598
3599 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3600 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3601 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3602 the old constraint interface that machine-independent components of
3603 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3604 future.
3605
3606 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3607 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3608 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3609 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3610 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3611
3612 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3613 @example
3614 @multitable {Original} {Mangled}
3615 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3616 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3617 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3618 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3619 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3620 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3621 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3622 @end multitable
3623 @end example
3624
3625 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3626 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3627 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3628 a larger identifier).
3629
3630 @deftp Enum constraint_num
3631 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3632 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3633 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3634 argument expect one of these constants.
3635
3636 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3637 This may change in the future.
3638 @end deftp
3639
3640 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3641 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3642 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3643 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3644 before @file{tm_p.h}.
3645 @end deftypefun
3646
3647 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3648 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3649 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3650 specifies a register constraint, this function will always return
3651 @code{false}.
3652 @end deftypefun
3653
3654 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3655 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3656 a register constraint, or those registers are not available for the
3657 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3658 @end deftypefun
3659
3660 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3661 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3662 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3663 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3664 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3665 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3666 definition from the i386 machine description.)
3667
3668 @smallexample
3669 (define_peephole2
3670   [(match_scratch:SI 3 "r")
3671    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3672         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3673                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3674
3675   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3676
3677   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3678    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3679
3680   "")
3681 @end smallexample
3682
3683 @node Standard Names
3684 @section Standard Pattern Names For Generation
3685 @cindex standard pattern names
3686 @cindex pattern names
3687 @cindex names, pattern
3688
3689 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3690 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3691 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3692 pattern to accomplish a certain task.
3693
3694 @table @asis
3695 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3696 @item @samp{mov@var{m}}
3697 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3698 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3699 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3700
3701 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3702 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3703 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3704 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3705 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3706 outside the target word are left unchanged.
3707
3708 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3709 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3710 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3711 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3712 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3713
3714 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3715 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3716 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3717 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3718 into a register.
3719
3720 @findex force_reg
3721 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3722 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3723 registers other than the operands.  For example, if you support the
3724 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3725 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3726 function which might generate new pseudo registers.
3727
3728 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3729 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3730 some temporary registers.
3731
3732 @findex change_address
3733 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3734 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3735 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3736 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3737 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3738 an address into a valid address and no routine (such as
3739 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3740 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3741
3742 @findex reload_in_progress
3743 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3744 declared if required) can be used to determine whether such special
3745 handling is required.
3746
3747 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3748 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3749 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3750 machines explicit memory references will get optional reloads.
3751
3752 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3753 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3754
3755 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3756 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3757
3758 @findex can_create_pseudo_p
3759 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3760 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3761 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3762
3763 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3764 register to any other hard register provided that
3765 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3766 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3767
3768 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3769 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3770 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3771 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3772 point members.
3773
3774 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3775 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3776 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3777 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3778 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3779 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3780 reload into a floating point register.
3781
3782 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3783 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3784 @item @samp{reload_in@var{m}}
3785 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3786 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3787 @code{secondary_reload}.
3788
3789 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3790 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3791 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3792 macro in @pxref{Register Classes}.
3793
3794 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3795 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3796 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3797 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3798 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3799 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3800 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3801 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3802 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3803 for these patterns.
3804
3805 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3806 @item @samp{movstrict@var{m}}
3807 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3808 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3809 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3810 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3811
3812 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3813 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3814 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3815 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3816 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3817 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3818 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3819
3820 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3821 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3822
3823 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3824 @item @samp{load_multiple}
3825 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3826 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3827 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3828 number of consecutive registers.
3829
3830 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3831 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3832 registers from memory is to do them one at a time.
3833
3834 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3835 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3836 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3837 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3838 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3839
3840 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3841 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3842 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3843 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3844 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3845
3846 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3847 @item @samp{store_multiple}
3848 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3849 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3850 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3851 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3852
3853 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3854 @item @samp{vec_set@var{m}}
3855 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3856 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3857
3858 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3859 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3860 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3861 specify field index and operand 0 place to store value into.
3862
3863 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3864 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3865 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3866 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3867 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3868 The output and input vectors should have the same modes. 
3869
3870 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3871 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3872 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3873 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3874 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3875 The output and input vectors should have the same modes.
3876
3877 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3878 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3879 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3880 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3881 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3882 @code{N/2} elements of the second input vector.
3883
3884 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3885 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3886 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3887 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3888 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3889 @code{N/2} elements of the second input vector.
3890
3891 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3892 @item @samp{vec_init@var{m}}
3893 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3894 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3895
3896 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3897 @item @samp{push@var{m}1}
3898 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3899 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3900 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3901 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3902 method is deprecated.
3903
3904 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3905 @item @samp{add@var{m}3}
3906 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3907 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3908 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3909
3910 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3911 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3912 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3913 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3914 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3915 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3916 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3917 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3918 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3919 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3920 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3921 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3922 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3923 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3924 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3925 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3926 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3927 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3928 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3929 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3930 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3931 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3932 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3933 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3934 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3935 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3936 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3937 Similar, for other arithmetic operations.
3938
3939 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3940 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3941 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3942 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3943 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3944 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3945
3946 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3947 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3948 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3949 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3950 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3951 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3952 modes.
3953
3954 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3955 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3956 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3957 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3958 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3959 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3960 modes.
3961
3962 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3963 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3964 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3965 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3966 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3967
3968 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3969 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3970 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3971 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3972 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3973
3974 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3975 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3976 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3977 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3978 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3979 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3980 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3981 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3982 is of the same mode as operand 3. 
3983
3984 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3985 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3986 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3987 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3988 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3989 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3990 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3991 of a wider mode.)
3992
3993 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3994 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3995 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3996 Whole vector left/right shift in bits.
3997 Operand 1 is a vector to be shifted.
3998 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3999 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4000 The output and input vectors should have the same modes.
4001
4002 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4003 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4004 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4005 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4006 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4007 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4008
4009 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4010 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4011 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4012 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4013 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4014 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4015 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4016 saturating arithmetic.
4017
4018 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4019 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4020 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4021 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4022 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4023 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4024 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4025
4026 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4027 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4028 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4029 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4030 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4031 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4032 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4033 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4034
4035 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4036 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4037 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4038 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4039 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4040 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4041 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4042
4043 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4044 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4045 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4046 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4047 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4048 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4049 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4050 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4051 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4052 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4053 the output vector (operand 0).
4054
4055 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4056 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4057 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4058 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4059 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4060 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4061 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4062 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4063 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4064 output vector (operand 0).
4065
4066 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4067 @item @samp{mulhisi3}
4068 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4069 a @code{SImode} product in operand 0.
4070
4071 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4072 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4073 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4074 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4075
4076 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4077 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4078 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4079 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4080 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4081 multiplication.
4082
4083 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4084 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4085 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4086 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4087 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4088 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4089 multiplication.
4090
4091 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4092 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4093 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4094 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4095 The least significant half of the product is discarded.
4096
4097 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4098 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4099 Similar, but the multiplication is unsigned.
4100
4101 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4102 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4103 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4104 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4105 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4106 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4107 the size of @var{m}.
4108
4109 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4110 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4111
4112 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4113
4114 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4115 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4116 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4117 operands instead of sign-extending them.
4118
4119 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4120 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4121 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4122 signed-saturating.
4123
4124 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4125 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4126 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4127 unsigned-saturating.
4128
4129 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4130 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4131 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4132 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4133 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4134 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4135 the size of @var{m}.
4136
4137 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4138 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4139 from operand 3.
4140
4141 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4142
4143 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4144 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4145 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4146 operands instead of sign-extending them.
4147
4148 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4149 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4150 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4151 signed-saturating.
4152
4153 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4154 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4155 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4156 unsigned-saturating.
4157
4158 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4159 @item @samp{divmod@var{m}4}
4160 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4161 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4162 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4163
4164 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4165 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4166 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4167 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4168 and remainder are computed.
4169
4170 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4171 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4172 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4173 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4174 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4175
4176 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4177 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4178 Similar, but does unsigned division.
4179
4180 @anchor{shift patterns}
4181 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4182 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4183 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4184 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4185 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4186 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4187 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4188 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4189 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4190 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4191 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4192
4193 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4194 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4195 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4196 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4197 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4198 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4199 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4200
4201 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4202 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4203 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4204 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4205 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4206 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
4207 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4208 instead of a scalar type.
4209
4210 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4211 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4212 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4213 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4214 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4215
4216 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4217 @item @samp{abs@var{m}2}
4218 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4219
4220 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4221 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4222 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4223
4224 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4225 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4226 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4227 type @code{float}.
4228
4229 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4230 @item @samp{fmod@var{m}3}
4231 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4232 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4233
4234 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4235 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4236 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4237 type @code{float}.
4238
4239 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4240 @item @samp{remainder@var{m}3}
4241 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4242 operand 0, rounded to the nearest integer.
4243
4244 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4245 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4246 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4247 to the C data type @code{float}.
4248
4249 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4250 @item @samp{cos@var{m}2}
4251 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4252
4253 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4254 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4255 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4256 type @code{float}.
4257
4258 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4259 @item @samp{sin@var{m}2}
4260 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4261
4262 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4263 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4264 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4265 type @code{float}.
4266
4267 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4268 @item @samp{exp@var{m}2}
4269 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4270
4271 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4272 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4273 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4274 type @code{float}.
4275
4276 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4277 @item @samp{log@var{m}2}
4278 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4279
4280 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4281 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4282 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4283 type @code{float}.
4284
4285 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4286 @item @samp{pow@var{m}3}
4287 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4288 into operand 0.
4289
4290 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4291 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4292 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4293 type @code{float}.
4294
4295 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4296 @item @samp{atan2@var{m}3}
4297 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4298 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4299 determine the quadrant of the result.
4300
4301 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4302 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4303 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4304 type @code{float}.
4305
4306 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4307 @item @samp{floor@var{m}2}
4308 Store the largest integral value not greater than argument.
4309
4310 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4311 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4312 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4313 type @code{float}.
4314
4315 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4316 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4317 Store the argument rounded to integer towards zero.
4318
4319 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4320 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4321 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4322 type @code{float}.
4323
4324 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4325 @item @samp{round@var{m}2}
4326 Store the argument rounded to integer away from zero.
4327
4328 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4329 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4330 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4331 type @code{float}.
4332
4333 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4334 @item @samp{ceil@var{m}2}
4335 Store the argument rounded to integer away from zero.
4336
4337 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4338 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4339 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4340 type @code{float}.
4341
4342 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4343 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4344 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4345
4346 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4347 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4348 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4349 type @code{float}.
4350
4351 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4352 @item @samp{rint@var{m}2}
4353 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4354 raise the inexact exception when the result differs in value from
4355 the argument
4356
4357 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4358 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4359 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4360 type @code{float}.
4361
4362 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4363 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4364 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4365 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4366 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4367
4368 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4369 @item @samp{lround@var{m}2}
4370 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4371 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4372 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4373
4374 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4375 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4376 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4377 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4378 operand 0 (which has mode @var{n}).
4379
4380 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4381 @item @samp{lceil@var{m}2}
4382 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4383 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4384 operand 0 (which has mode @var{n}).
4385
4386 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4387 @item @samp{copysign@var{m}3}
4388 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4389 2 into operand 0.
4390
4391 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4392 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4393 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4394 type @code{float}.
4395
4396 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4397 @item @samp{ffs@var{m}2}
4398 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4399 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4400 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4401 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4402 generating the instruction.
4403
4404 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4405 corresponds to the C data type @code{int}.
4406
4407 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4408 @item @samp{clz@var{m}2}
4409 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4410 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4411 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4412 the result is undefined or has a useful value.
4413 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4414 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4415 operand to that mode before generating the instruction.
4416
4417 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4418 @item @samp{ctz@var{m}2}
4419 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4420 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4421 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4422 the result is undefined or has a useful value.
4423 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4424 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4425 operand to that mode before generating the instruction.
4426
4427 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4428 @item @samp{popcount@var{m}2}
4429 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4430 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4431 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4432 generating the instruction.
4433
4434 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4435 @item @samp{parity@var{m}2}
4436 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4437 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4438 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4439 the operand to that mode before generating the instruction.
4440
4441 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4442 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4443 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4444
4445 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4446 @item @samp{movmem@var{m}}
4447 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4448 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4449 address in mode @code{Pmode}.
4450
4451 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4452 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4453 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4454 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4455 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4456 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4457 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4458
4459 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4460 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4461 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4462 it may provide the value 4 for this operand.
4463
4464 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4465 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4466 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4467 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4468 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4469
4470 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4471 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4472 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4473 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4474 individually moved data units in the block.
4475
4476 These patterns need not give special consideration to the possibility
4477 that the source and destination strings might overlap.
4478
4479 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4480 @item @samp{movstr}
4481 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4482 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4483 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4484 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4485 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4486 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4487
4488 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4489 @item @samp{setmem@var{m}}
4490 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4491 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4492 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4493 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4494 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4495 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4496
4497 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4498 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4499 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4500 operand.
4501
4502 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4503 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4504 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4505 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4506 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4507
4508 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4509
4510 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4511 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4512 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4513 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4514 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4515 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4516 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4517 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4518 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4519 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4520 indicates the result of the comparison.
4521
4522 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4523 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4524 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4525 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4526 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4527 @code{Pmode}.
4528
4529 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4530 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4531 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4532 it may provide the value 4 for this operand.
4533
4534 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4535 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4536 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4537 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4538 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4539 whose sign indicates the result of the comparison.
4540
4541 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4542 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4543 Block compare instruction, with five operands like the operands
4544 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4545 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4546 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4547 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4548 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4549 comparison.
4550
4551 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4552 @item @samp{strlen@var{m}}
4553 Compute the length of a string, with three operands.
4554 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4555 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4556 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4557 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4558 of the beginning of the string.
4559
4560 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4561 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4562 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4563 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4564 @var{n}).
4565
4566 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4567 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4568 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4569 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4570 @var{n}).
4571
4572 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4573 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4574 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4575 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4576 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4577 the value of operand 1 is an integer.
4578
4579 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4580 define the @code{ftrunc} pattern.
4581
4582 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4583 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4584 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4585 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4586 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4587 value of operand 1 is an integer.
4588
4589 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4590 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4591 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4592 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4593 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4594
4595 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4596 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4597 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4598 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4599
4600 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4601 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4602 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4603 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4604
4605 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4606 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4607 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4608 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4609 point or both floating point.
4610
4611 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4612 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4613 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4614 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4615 point or both floating point.
4616
4617 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4618 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4619 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4620 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4621 point.
4622
4623 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4624 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4625 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4626 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4627 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4628 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4629 or fixed-point to floating-point.
4630 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4631
4632 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4633 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4634 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4635 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4636 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4637 or floating-point to fixed-point.
4638 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4639 results to the maximum or the minimum.
4640
4641 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4642 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4643 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4644 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4645 could be unsigned integer to fixed-point, or
4646 fixed-point to unsigned integer.
4647 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4648
4649 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4650 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4651 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4652 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4653 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4654 results to the maximum or the minimum.
4655
4656 @cindex @code{extv} instruction pattern
4657 @item @samp{extv}
4658 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4659 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4660 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4661 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4662 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4663 be valid for @code{word_mode}.
4664
4665 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4666 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4667
4668 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4669 before it is stored in operand 0.
4670
4671 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4672 @item @samp{extzv}
4673 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4674
4675 @cindex @code{insv} instruction pattern
4676 @item @samp{insv}
4677 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4678 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4679 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4680 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4681 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4682
4683 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4684 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4685
4686 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4687 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4688 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4689 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4690 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4691
4692 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4693 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4694 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4695 codes and vice versa.
4696
4697 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4698 define these patterns.
4699
4700 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4701 @item @samp{add@var{mode}cc}
4702 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4703 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4704 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4705 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4706
4707 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4708 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4709 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4710 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4711 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4712 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4713 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4714 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4715
4716 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4717 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4718 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4719 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4720 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4721 found that can be used for all the possible comparison operators, you
4722 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
4723 onto the one you chose.
4724
4725 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
4726 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
4727 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
4728 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
4729 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
4730 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
4731
4732 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
4733 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
4734 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
4735 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
4736 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
4737 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
4738 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
4739 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
4740 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
4741 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
4742 from the machine description.
4743
4744 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4745 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4746 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4747 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4748 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4749 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4750
4751 @cindex @code{jump} instruction pattern
4752 @item @samp{jump}
4753 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4754 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4755 on all machines.
4756
4757 @cindex @code{call} instruction pattern
4758 @item @samp{call}
4759 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4760 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4761 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4762 operands.
4763
4764 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4765 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4766 to put this information into the assembler code; they can put it in
4767 the RTL instead of operand 1.
4768
4769 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4770 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4771 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4772 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4773 instruction, the pattern for this operation should be a
4774 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4775 address into a register and uses that register in the call instruction.
4776
4777 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4778 @item @samp{call_value}
4779 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4780 register in which the value is returned.  There are three more
4781 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4782 instruction (but with numbers increased by one).
4783
4784 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4785 insn.
4786
4787 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4788 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4789 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4790 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4791 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4792 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4793 adjustment made to the frame pointer.
4794
4795 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4796 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4797 can be eliminated, if desired.
4798
4799 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4800 @item @samp{untyped_call}
4801 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4802 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4803 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4804 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4805 the saving of a function return value into the result block.
4806
4807 This instruction pattern should be defined to support
4808 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4809 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4810 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4811 multiple registers that can hold a return value
4812 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4813
4814 @cindex @code{return} instruction pattern
4815 @item @samp{return}
4816 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4817 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4818 from a function.
4819
4820 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4821 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4822 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4823 some class of functions only requires one instruction to implement a
4824 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4825 to save any registers or allocate stack space.
4826
4827 @findex reload_completed
4828 @findex leaf_function_p
4829 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4830 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4831 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4832 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4833 a register window push is required.
4834
4835 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4836 such as
4837
4838 @smallexample
4839 (define_insn ""
4840   [(set (pc)
4841         (if_then_else (match_operator
4842                          0 "comparison_operator"
4843                          [(cc0) (const_int 0)])
4844                       (return)
4845                       (pc)))]
4846   "@var{condition}"
4847   "@dots{}")
4848 @end smallexample
4849
4850 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4851 named @samp{return} pattern.
4852
4853 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4854 @item @samp{untyped_return}
4855 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4856 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4857 instructions are needed to return a value of any type.
4858
4859 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4860 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4861 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4862 the restoring of a function return value from the result block.
4863
4864 @cindex @code{nop} instruction pattern
4865 @item @samp{nop}
4866 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4867 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4868 RTL pattern.
4869
4870 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4871 @item @samp{indirect_jump}
4872 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4873 This pattern name is mandatory on all machines.
4874
4875 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4876 @item @samp{casesi}
4877 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4878 This instruction takes five operands:
4879
4880 @enumerate
4881 @item
4882 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4883
4884 @item
4885 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4886
4887 @item
4888 The total range of indices in the table---the largest index
4889 minus the smallest one (both inclusive).
4890
4891 @item
4892 A label that precedes the table itself.
4893
4894 @item
4895 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4896 @end enumerate
4897
4898 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4899 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4900 difference between the upper bound and the lower bound.
4901
4902 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4903 @item @samp{tablejump}
4904 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4905 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4906 is no @samp{casesi} pattern.
4907
4908 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4909 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4910 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4911 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4912 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4913 mode @code{Pmode}.
4914
4915 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4916 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4917 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4918 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4919
4920
4921 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4922 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4923 Conditional branch instruction that decrements a register and
4924 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4925 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4926 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4927
4928 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4929 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4930 reduction is enabled.
4931
4932 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4933 @item @samp{doloop_end}
4934 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4935 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4936 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4937 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4938 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4939 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4940 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4941 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4942 @xref{Looping Patterns}.
4943
4944 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4945 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4946 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4947 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4948 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4949 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4950 too large for this instruction, make it fail.
4951
4952 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4953 @item @samp{doloop_begin}
4954 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4955 need to perform some initialization, such as loading special registers
4956 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4957 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4958 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4959
4960
4961 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4962 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4963 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4964 into operand 0.
4965
4966 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4967 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4968 and also has mode @code{Pmode}.
4969
4970 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4971 the address of the function which would be called if the function
4972 pointer were used in an indirect call.
4973
4974 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4975 can have different values but still call the same function when
4976 used in an indirect call.
4977
4978 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4979 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4980 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4981 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4982 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4983 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4984 @item @samp{save_stack_block}
4985 @itemx @samp{save_stack_function}
4986 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4987 @itemx @samp{restore_stack_block}
4988 @itemx @samp{restore_stack_function}
4989 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4990 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4991 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4992 such machines.
4993
4994 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4995 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4996 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4997 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4998 saves and restores are:
4999
5000 @enumerate
5001 @item
5002 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5003 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5004 restores the stack pointer when the block is exited.
5005
5006 @item
5007 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5008 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5009 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5010 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5011 restore sequence on some machines.
5012
5013 @item
5014 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5015 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5016 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5017 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5018 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5019 and restoring additional data such as register window information or
5020 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5021 such required data.
5022 @end enumerate
5023
5024 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5025 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5026 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5027 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5028 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5029 for a particular type of save (either because no save is needed or
5030 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5031 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5032 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5033 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5034
5035 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5036 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5037 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5038
5039 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5040 @item @samp{allocate_stack}
5041 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5042 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5043
5044 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5045 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5046 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5047 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5048 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5049 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5050 stack is free.
5051
5052 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5053 Some machines require other operations such as stack probes or
5054 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5055 operations in addition to updating the stack pointer.
5056
5057 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5058 @item @samp{check_stack}
5059 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5060 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5061 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5062 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5063 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5064 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5065
5066 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5067 @item @samp{probe_stack}
5068 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5069 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5070 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5071 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5072 in the stack that needs to be probed.
5073
5074 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5075 @item @samp{nonlocal_goto}
5076 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5077 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5078 each representing a value to be used in the jump.  The first
5079 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5080 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5081 the third is the address of a location where the stack is saved,
5082 and the last is the address of the label, to be placed in the
5083 location for the incoming static chain.
5084
5085 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5086 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5087 and static chain, restore the stack (using the
5088 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5089 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5090 not work on your machine.
5091
5092 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5093 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5094 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5095 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5096 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5097 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5098 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5099 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5100 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5101 There are no arguments.
5102
5103 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5104 @item @samp{exception_receiver}
5105 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5106 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5107 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5108 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5109 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5110 an exception.  There are no arguments.
5111
5112 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5113 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5114 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5115 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5116 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5117 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5118 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5119 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5120 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5121 the first three are normally used by the generic mechanism.
5122
5123 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5124 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5125 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5126 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5127 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5128 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5129 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5130 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5131 at a small offset from that label.
5132
5133 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5134 @item @samp{builtin_longjmp}
5135 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5136 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5137 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5138 @code{jmp_buf}.
5139
5140 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5141 @item @samp{eh_return}
5142 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5143 and thence the call frame exception handling library routines, are
5144 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5145 the abnormal return path.
5146
5147 The address of the exception handler to which the function should return
5148 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5149 the pattern to some special register or memory location.
5150 If the pattern needs to determine the location of the target call
5151 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5152 if defined; it will have already been assigned.
5153
5154 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5155 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5156 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5157 handling is to be used.
5158
5159 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5160 @anchor{prologue instruction pattern}
5161 @item @samp{prologue}
5162 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5163 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5164 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5165
5166 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5167 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5168
5169 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5170 instruction scheduling.
5171
5172 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5173 @anchor{epilogue instruction pattern}
5174 @item @samp{epilogue}
5175 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5176 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5177 registers and emitting the return instruction.
5178
5179 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5180 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5181
5182 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5183 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5184
5185 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5186 @item @samp{sibcall_epilogue}
5187 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5188 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5189 sibling call (aka tail call) sites.
5190
5191 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5192 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5193 function.
5194
5195 @cindex @code{trap} instruction pattern
5196 @item @samp{trap}
5197 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5198 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5199 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5200
5201 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5202 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5203 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5204 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5205 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5206
5207 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5208
5209 @smallexample
5210 (define_insn "ctrapsi4"
5211   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5212              [(match_operand 1 "register_operand")
5213               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5214             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5215   ""
5216   "@dots{}")
5217 @end smallexample
5218
5219 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5220 @item @samp{prefetch}
5221
5222 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5223 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5224 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5225 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5226 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5227 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5228 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5229 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5230 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5231
5232 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5233 the values of operands 1 and 2.
5234
5235 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5236 @item @samp{blockage}
5237
5238 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5239 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5240 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5241
5242 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5243 @item @samp{memory_barrier}
5244
5245 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5246 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5247 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5248 This pattern has no operands.
5249
5250 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5251 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5252
5253 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5254 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5255 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5256 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5257 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5258 of the operation; it should contain the contents of the memory
5259 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5260 a copy of operand 2.
5261
5262 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5263
5264 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5265 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5266 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5267 after the atomic operation.
5268
5269 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5270 operation is available via the status flags, it is possible to
5271 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5272 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5273 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5274 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5275 description includes such a set, the target should also define special
5276 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5277 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5278 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5279 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5280
5281 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5282 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5283 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5284 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5285 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5286 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5287 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5288 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5289 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5290
5291 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5292 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5293 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5294
5295 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5296 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5297 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5298 after the atomic operation.
5299
5300 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5301 from a compare-and-swap operation, if defined.
5302
5303 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5304 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5305 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5306 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5307 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5308 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5309 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5310 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5311 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5312
5313 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5314 and return the value that the memory contained before the operation.
5315 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5316 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5317 to the binary operator.
5318
5319 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5320 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5321 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5322 after the atomic operation.
5323
5324 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5325 from a compare-and-swap operation, if defined.
5326
5327 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5328 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5329 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5330 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5331 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5332 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5333 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5334 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5335 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5336
5337 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5338 except that they return the value that exists in the memory location
5339 after the operation, rather than before the operation.
5340
5341 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5342 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5343
5344 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5345 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5346 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5347 is the value to set in the lock.
5348
5349 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5350 which the previous value in memory operand is copied into the result
5351 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5352
5353 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5354 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5355 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5356 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5357 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5358
5359 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5360 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5361 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5362
5363 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5364 a compare-and-swap operation, if defined.
5365
5366 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5367 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5368
5369 This pattern, if defined, releases a lock set by
5370 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5371 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5372
5373 If the target doesn't implement full semantics for
5374 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5375 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5376 of the memory operand are implementation defined.
5377
5378 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5379 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5380 released only after all previous memory operations have completed.
5381
5382 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5383 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5384
5385 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5386 @item @samp{stack_protect_set}
5387
5388 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5389 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5390 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5391 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5392 having clobbered it.
5393
5394 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5395
5396 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5397 @item @samp{stack_protect_test}
5398
5399 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5400 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5401 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5402 weren't equal.
5403
5404 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5405 conditional branch pattern is used.
5406
5407 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5408 @item @samp{clear_cache}
5409
5410 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5411 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5412 inclusive and operand 1 exclusive.
5413
5414 If this pattern is not defined, a call to the library function
5415 @code{__clear_cache} is used.
5416
5417 @end table
5418
5419 @end ifset
5420 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5421 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5422 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5423 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5424 @ifset INTERNALS
5425 @node Pattern Ordering
5426 @section When the Order of Patterns Matters
5427 @cindex Pattern Ordering
5428 @cindex Ordering of Patterns
5429
5430 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5431 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5432 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5433 and faster instructions (those that will produce better code when they
5434 do match) should usually go first in the description.
5435
5436 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5437 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5438 instruction for converting a fullword to floating point and another
5439 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5440 an integer to floating point could match either one.  We put the
5441 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5442 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5443 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5444 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5445 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5446 constant value.
5447
5448 @end ifset
5449 @ifset INTERNALS
5450 @node Dependent Patterns
5451 @section Interdependence of Patterns
5452 @cindex Dependent Patterns
5453 @cindex Interdependence of Patterns
5454
5455 In some cases machines support instructions identical except for the
5456 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5457 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5458 patterns are
5459
5460 @smallexample
5461 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5462      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5463
5464 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5465      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5466 @end smallexample
5467
5468 @noindent
5469 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5470 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5471 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5472 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5473 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5474 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5475
5476 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5477 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5478 compilations.
5479
5480 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5481 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5482 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5483 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5484 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5485 that supports register-register add insns by examining the operands and
5486 generating the appropriate machine instruction.
5487
5488 @end ifset
5489 @ifset INTERNALS
5490 @node Jump Patterns
5491 @section Defining Jump Instruction Patterns
5492 @cindex jump instruction patterns
5493 @cindex defining jump instruction patterns
5494
5495 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5496 The machine description should define a single pattern, usually
5497 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5498
5499 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5500 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5501 or not according to its value.  For many machines, however,
5502 separating compares and branches is limiting, which is why the
5503 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5504 The machine description becomes clearer for architectures that
5505 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5506 works better when different sets of comparison operators are supported
5507 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5508 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5509
5510 Two separate insns are always used if the machine description represents
5511 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5512 and on most machines that use a separate condition code register
5513 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5514 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5515 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5516 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5517 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5518 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5519
5520 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5521 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5522 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5523 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5524 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5525 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5526 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5527
5528 @end ifset
5529 @ifset INTERNALS
5530 @node Looping Patterns
5531 @section Defining Looping Instruction Patterns
5532 @cindex looping instruction patterns
5533 @cindex defining looping instruction patterns
5534
5535 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5536 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5537 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5538 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5539 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5540 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5541 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5542 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5543 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5544 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5545 the jump.
5546
5547 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5548 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5549 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5550 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5551 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5552 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5553 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5554 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5555 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5556 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5557 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5558 following for its @code{dbra} instruction:
5559
5560 @smallexample
5561 @group
5562 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5563   [(set (pc)
5564         (if_then_else
5565           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5566                        (const_int -1))
5567               (const_int 0))
5568           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5569           (pc)))
5570    (set (match_dup 0)
5571         (plus:SI (match_dup 0)
5572                  (const_int -1)))]
5573   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5574   "@dots{}")
5575 @end group
5576 @end smallexample
5577
5578 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5579 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5580 since this insn is generated by the instruction combination phase
5581 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5582 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5583 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5584 pattern will not be matched by the combiner.
5585
5586 @smallexample
5587 @group
5588 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5589   [(set (pc)
5590         (if_then_else
5591           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5592               (const_int 1))
5593           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5594           (pc)))
5595    (set (match_dup 0)
5596         (plus:SI (match_dup 0)
5597                  (const_int -1)))]
5598   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5599   "@dots{}")
5600 @end group
5601 @end smallexample
5602
5603 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5604 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5605 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5606 information collected during strength reduction.
5607
5608 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5609 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5610 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5611 needed for some low-overhead looping instructions.
5612
5613 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5614 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5615 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5616 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5617 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5618 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5619 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5620 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5621 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5622 desired special iteration counter register was not allocated, this
5623 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5624 instruction pair.
5625
5626 The essential difference between the
5627 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5628 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5629 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5630 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5631 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5632 may become redundant and removed by the flow pass.
5633
5634
5635 @end ifset
5636 @ifset INTERNALS
5637 @node Insn Canonicalizations
5638 @section Canonicalization of Instructions
5639 @cindex canonicalization of instructions
5640 @cindex insn canonicalization
5641
5642 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5643 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5644 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5645 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5646 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5647 number of insn patterns required.
5648
5649 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5650 are performed:
5651
5652 @itemize @bullet
5653 @item
5654 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5655 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5656 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5657 be supplied.
5658
5659 @item
5660 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5661 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5662 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5663 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5664 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5665 floating-point.
5666
5667 @item
5668 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5669 @cindex @code{not}, canonicalization of
5670 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5671 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5672 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5673 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5674 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5675 first operand.
5676
5677 @item
5678 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5679 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5680 the operations as far as possible.  For instance,
5681 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5682 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5683 @code{(minus A (mult B C))}.
5684
5685 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5686 @item
5687 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5688 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5689
5690 @item
5691 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5692 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5693 above.
5694
5695 @item
5696 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5697 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5698 of @code{ltu}.
5699
5700 @item
5701 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5702 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5703
5704 @item
5705 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5706 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5707
5708 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5709 @cindex @code{and}, canonicalization of
5710 @cindex De Morgan's law
5711 @item
5712 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5713 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5714 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5715
5716 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5717 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5718 for that instruction as
5719
5720 @smallexample
5721 (define_insn ""
5722   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5723         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5724                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5725   "@dots{}"
5726   "@dots{}")
5727 @end smallexample
5728
5729 @noindent
5730 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5731
5732 @smallexample
5733 (define_insn ""
5734   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5735         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5736                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5737   "@dots{}"
5738   "@dots{}")
5739 @end smallexample
5740
5741 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5742 logically equivalent RTL expressions.
5743
5744 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5745 @item
5746 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5747 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5748 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5749
5750 @item
5751 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5752 the form
5753
5754 @smallexample
5755 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5756 @end smallexample
5757
5758 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5759 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5760 @item
5761 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5762 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5763 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5764
5765 @end itemize
5766
5767 Further canonicalization rules are defined in the function
5768 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5769
5770 @end ifset
5771 @ifset INTERNALS
5772 @node Expander Definitions
5773 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5774 @cindex expander definitions
5775 @cindex code generation RTL sequences
5776 @cindex defining RTL sequences for code generation
5777
5778 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5779 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5780 represent them.  For these target machines, you can write a
5781 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5782
5783 @findex define_expand
5784 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5785 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5786 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5787
5788 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5789
5790 @itemize @bullet
5791 @item
5792 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5793 use for it is to refer to it by name.
5794
5795 @item
5796 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5797 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5798 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5799
5800 @item
5801 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5802 used to express how the availability of this pattern depends on
5803 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5804 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5805 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5806 depend on the data in the insn being matched, but only the
5807 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5808 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5809 are available in a particular run.
5810
5811 @item
5812 The preparation statements, a string containing zero or more C
5813 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5814 the RTL template.
5815
5816 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5817 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5818 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5819 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5820 @end itemize
5821
5822 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5823 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5824 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5825 it.
5826
5827 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5828 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5829 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5830
5831 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5832 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5833 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5834 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5835 information to preload the operand into a register if that is required for
5836 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5837 references should use @code{match_dup}.
5838
5839 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5840 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5841 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5842 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5843 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5844 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5845 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5846 compute the values and store them into the appropriate elements of
5847 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5848
5849 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5850 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5851 as a statement.
5852
5853 @table @code
5854
5855 @findex DONE
5856 @item DONE
5857 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5858 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5859 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5860 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5861
5862 @findex FAIL
5863 @item FAIL
5864 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5865 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5866 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5867
5868 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5869 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5870 operations.
5871 @end table
5872
5873 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5874 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5875 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5876 insn.
5877
5878 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5879 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5880 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5881 list of operands, such as this example:
5882
5883 @smallexample
5884 @group
5885 (define_expand "addsi3"
5886   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5887    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5888    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5889 @end group
5890 @group
5891   ""
5892   "
5893 @{
5894   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5895   DONE;
5896 @}")
5897 @end group
5898 @end smallexample
5899
5900 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5901
5902 @smallexample
5903 @group
5904 (define_expand "ashlsi3"
5905   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5906         (ashift:SI
5907 @end group
5908 @group
5909           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5910           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5911   ""
5912   "
5913 @end group
5914 @end smallexample
5915
5916 @smallexample
5917 @group
5918 @{
5919   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5920       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5921     FAIL;
5922 @}")
5923 @end group
5924 @end smallexample
5925
5926 @noindent
5927 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5928 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5929 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5930 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5931 library call).
5932
5933 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5934 patterns with names, then it would be possible to use a
5935 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5936 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5937
5938 @smallexample
5939 (define_expand "zero_extendhisi2"
5940   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5941         (const_int 0))
5942    (set (strict_low_part
5943           (subreg:HI
5944             (match_dup 0)
5945             0))
5946         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5947   ""
5948   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5949 @end smallexample
5950
5951 @noindent
5952 @findex make_safe_from
5953 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5954 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5955 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5956 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5957 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5958 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5959 by emitting another RTL insn.
5960
5961 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5962 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5963 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5964 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5965 on this machine.  So it must be copied into a register with
5966 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5967
5968 @smallexample
5969 (define_expand "zero_extendhisi2"
5970   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5971         (and:SI (subreg:SI
5972                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5973                   0)
5974                 (match_dup 2)))]
5975   ""
5976   "operands[2]
5977      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5978 @end smallexample
5979
5980 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5981 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5982 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5983 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5984 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5985 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5986 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5987 in the compiler.
5988
5989 @end ifset
5990 @ifset INTERNALS
5991 @node Insn Splitting
5992 @section Defining How to Split Instructions
5993 @cindex insn splitting
5994 @cindex instruction splitting
5995 @cindex splitting instructions
5996
5997 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5998 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5999 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6000 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6001 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6002 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6003 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6004 cannot be placed into a delay slot.
6005
6006 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6007 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6008 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6009 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6010 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6011 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6012 scheduling.
6013
6014 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6015 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6016 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6017 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6018 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6019 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6020 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6021 split the addition into two insns is machine-dependent.
6022
6023 @findex define_split
6024 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6025 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6026
6027 @smallexample
6028 (define_split
6029   [@var{insn-pattern}]
6030   "@var{condition}"
6031   [@var{new-insn-pattern-1}
6032    @var{new-insn-pattern-2}
6033    @dots{}]
6034   "@var{preparation-statements}")
6035 @end smallexample
6036
6037 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6038 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6039 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6040 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6041 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6042 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6043
6044 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6045 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6046 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6047 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6048 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6049 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6050 must not allocate any space in the stack frame.
6051
6052 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6053 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6054 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6055 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6056 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6057 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6058 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6059 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6060 of those definitions.
6061
6062 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6063 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6064 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6065
6066 @smallexample
6067 (define_split
6068   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6069         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6070   ""
6071   [(set (match_dup 0)
6072         (ashift:SI (match_dup 1)
6073                    (const_int 16)))
6074    (set (match_dup 0)
6075         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6076                      (const_int 16)))]
6077   "
6078 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6079 @end smallexample
6080
6081 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6082 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6083 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6084 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6085 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6086 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6087 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6088 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6089 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6090 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6091
6092 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6093 @file{rs6000.md}:
6094
6095 @smallexample
6096 (define_split
6097   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6098         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6099                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6100   ""
6101   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6102    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6103 "
6104 @{
6105   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6106   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6107
6108   if (low & 0x8000)
6109     high++, low |= 0xffff0000;
6110
6111   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6112   operands[4] = GEN_INT (low);
6113 @}")
6114 @end smallexample
6115
6116 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6117 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6118 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6119 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6120
6121 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6122 an equality comparison of a register and a large constant:
6123
6124 @smallexample
6125 (define_split
6126   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6127         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6128                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6129    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6130   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6131    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6132        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6133   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6134    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6135   "
6136 @{
6137   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6138      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6139      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6140
6141   int c = INTVAL (operands[2]);
6142   int sextc = (c << 16) >> 16;
6143   int xorv = c ^ sextc;
6144
6145   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6146   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6147 @}")
6148 @end smallexample
6149
6150 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6151 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6152 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6153 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6154 are not valid.
6155
6156 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6157 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6158 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6159 several restriction apply.
6160
6161 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6162 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6163 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6164 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6165 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6166 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6167 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6168 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6169 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6170 forward jumps to the newly created labels.
6171
6172 @findex define_insn_and_split
6173 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6174 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6175 this:
6176
6177 @smallexample
6178 (define_insn_and_split
6179   [@var{insn-pattern}]
6180   "@var{condition}"
6181   "@var{output-template}"
6182   "@var{split-condition}"
6183   [@var{new-insn-pattern-1}
6184    @var{new-insn-pattern-2}
6185    @dots{}]
6186   "@var{preparation-statements}"
6187   [@var{insn-attributes}])
6188
6189 @end smallexample
6190
6191 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6192 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6193 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6194 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6195 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6196 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6197 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6198 from i386.md:
6199
6200 @smallexample
6201 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6202   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6203      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6204    (clobber (reg:CC 17))]
6205   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6206   "#"
6207   "&& reload_completed"
6208   [(parallel [(set (match_dup 0)
6209                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6210               (clobber (reg:CC 17))])]
6211   ""
6212   [(set_attr "type" "alu1")])
6213
6214 @end smallexample
6215
6216 In this case, the actual split condition will be
6217 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6218
6219 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6220 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6221 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6222 having to ensure the two patterns' templates match.
6223
6224 @end ifset
6225 @ifset INTERNALS
6226 @node Including Patterns
6227 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6228 @cindex insn includes
6229
6230 @findex include
6231 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6232 look for patterns that are in files other than in the file
6233 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6234
6235 It looks like:
6236
6237 @smallexample
6238
6239 (include
6240   @var{pathname})
6241 @end smallexample
6242
6243 For example:
6244
6245 @smallexample
6246
6247 (include "filestuff")
6248
6249 @end smallexample
6250
6251 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6252 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6253 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6254
6255
6256 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6257 and placed into subdirectories.
6258
6259 By specifying:
6260
6261 @smallexample
6262
6263 (include "BOGUS/filestuff")
6264
6265 @end smallexample
6266
6267 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6268
6269 Specifying an absolute path for the include file such as;
6270 @smallexample
6271
6272 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6273
6274 @end smallexample
6275 is permitted but is not encouraged.
6276
6277 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6278 @cindex directory options .md
6279 @cindex options, directory search
6280 @cindex search options
6281
6282 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6283 For example:
6284
6285 @smallexample
6286
6287 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6288
6289 @end smallexample
6290
6291
6292 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6293 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6294 file, substituting your own version, since these directories are
6295 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6296 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6297 order; the standard default directory come after.
6298
6299
6300 @end ifset
6301 @ifset INTERNALS
6302 @node Peephole Definitions
6303 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6304 @cindex peephole optimizer definitions
6305 @cindex defining peephole optimizers
6306
6307 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6308 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6309
6310 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6311 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6312 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6313 though the second one does not appear to use a register computed in the
6314 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6315 opportunities.
6316
6317 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6318 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6319 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6320 is deprecated.
6321
6322 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6323 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6324 but before scheduling, which may result in much better code for
6325 targets that do scheduling.
6326
6327 @menu
6328 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6329 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6330 @end menu
6331
6332 @end ifset
6333 @ifset INTERNALS
6334 @node define_peephole
6335 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6336 @findex define_peephole
6337
6338 @need 1000
6339 A definition looks like this:
6340
6341 @smallexample
6342 (define_peephole
6343   [@var{insn-pattern-1}
6344    @var{insn-pattern-2}
6345    @dots{}]
6346   "@var{condition}"
6347   "@var{template}"
6348   "@var{optional-insn-attributes}")
6349 @end smallexample
6350
6351 @noindent
6352 The last string operand may be omitted if you are not using any
6353 machine-specific information in this machine description.  If present,
6354 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6355
6356 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6357 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6358 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6359 the next, and so on.
6360
6361 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6362 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6363 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6364 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6365 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6366 stages.
6367
6368 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6369 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6370 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6371 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6372 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6373 other.
6374
6375 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6376 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6377 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6378 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6379 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6380
6381 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6382 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6383 previously tested.
6384
6385 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6386 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6387 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6388 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6389 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6390 patterns.
6391
6392 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6393 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6394 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6395 the operands.
6396
6397 @findex prev_active_insn
6398 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6399 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6400 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6401 to refer to the last of the insns being matched; use
6402 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6403
6404 @findex dead_or_set_p
6405 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6406 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6407 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6408 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6409 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6410 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6411 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6412
6413 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6414 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6415 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6416 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6417 used in matching the original sequence of insns.
6418
6419 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6420 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6421 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6422 as the insn pattern to control how the insn is output.
6423
6424 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6425 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6426
6427 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6428
6429 @smallexample
6430 (define_peephole
6431   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6432    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6433         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6434   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6435 @{
6436   rtx xoperands[2];
6437   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6438 #ifdef MOTOROLA
6439   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6440   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6441   return "fmove.d (sp)+,%0";
6442 #else
6443   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6444   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6445   return "fmoved sp@@+,%0";
6446 #endif
6447 @})
6448 @end smallexample
6449
6450 @need 1000
6451 The effect of this optimization is to change
6452
6453 @smallexample
6454 @group
6455 jbsr _foobar
6456 addql #4,sp
6457 movel d1,sp@@-
6458 movel d0,sp@@-
6459 fmoved sp@@+,fp0
6460 @end group
6461 @end smallexample
6462
6463 @noindent
6464 into
6465
6466 @smallexample
6467 @group
6468 jbsr _foobar
6469 movel d1,sp@@
6470 movel d0,sp@@-
6471 fmoved sp@@+,fp0
6472 @end group
6473 @end smallexample
6474
6475 @ignore
6476 @findex CC_REVERSED
6477 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6478 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6479 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6480 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6481 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6482 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6483 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6484 and in this C code check the condition code status flags and change the
6485 assembler code as appropriate.
6486 @end ignore
6487
6488 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6489 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6490 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6491 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6492 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6493 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6494 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6495 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6496 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6497
6498 @smallexample
6499 (define_insn "divmodsi4"
6500   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6501         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6502                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6503    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6504         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6505   "TARGET_68020"
6506   "divsl%.l %2,%3:%0")
6507 @end smallexample
6508
6509 @noindent
6510 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6511
6512 @smallexample
6513 (define_peephole
6514   [@dots{}
6515    (parallel
6516     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6517           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6518                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6519      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6520           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6521    @dots{}]
6522   @dots{})
6523 @end smallexample
6524
6525 @end ifset
6526 @ifset INTERNALS
6527 @node define_peephole2
6528 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6529 @findex define_peephole2
6530
6531 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6532 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6533 what additional scratch registers may be needed and what their
6534 lifetimes must be.
6535
6536 @smallexample
6537 (define_peephole2
6538   [@var{insn-pattern-1}
6539    @var{insn-pattern-2}
6540    @dots{}]
6541   "@var{condition}"
6542   [@var{new-insn-pattern-1}
6543    @var{new-insn-pattern-2}
6544    @dots{}]
6545   "@var{preparation-statements}")
6546 @end smallexample
6547
6548 The definition is almost identical to @code{define_split}
6549 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6550 single instruction, but a sequence of instructions.
6551
6552 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6553 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6554 will simply not match.
6555
6556 @findex match_scratch
6557 @findex match_dup
6558 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6559 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6560 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6561 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6562 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6563 at which the register must be available.
6564
6565 Here is an example from the IA-32 machine description:
6566
6567 @smallexample
6568 (define_peephole2
6569   [(match_scratch:SI 2 "r")
6570    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6571                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6572                      [(match_dup 0)
6573                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6574               (clobber (reg:CC 17))])]
6575   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6576   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6577    (parallel [(set (match_dup 0)
6578                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6579               (clobber (reg:CC 17))])]
6580   "")
6581 @end smallexample
6582
6583 @noindent
6584 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6585 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6586 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6587 to be live only at the point just before the arithmetic.
6588
6589 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6590 so here's a silly made-up example:
6591
6592 @smallexample
6593 (define_peephole2
6594   [(match_scratch:SI 4 "r")
6595    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6596    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6597    (match_dup 4)
6598    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6599   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6600   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6601    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6602    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6603    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6604   "")
6605 @end smallexample
6606
6607 @noindent
6608 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6609 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6610 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6611
6612 @end ifset
6613 @ifset INTERNALS
6614 @node Insn Attributes
6615 @section Instruction Attributes
6616 @cindex insn attributes
6617 @cindex instruction attributes
6618
6619 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6620 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6621 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6622 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6623 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6624 to track the condition codes.
6625
6626 @menu
6627 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6628 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6629 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6630 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6631 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6632 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6633 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6634 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6635 @end menu
6636
6637 @end ifset
6638 @ifset INTERNALS
6639 @node Defining Attributes
6640 @subsection Defining Attributes and their Values
6641 @cindex defining attributes and their values
6642 @cindex attributes, defining
6643
6644 @findex define_attr
6645 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6646 by the target machine.  It looks like:
6647
6648 @smallexample
6649 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6650 @end smallexample
6651
6652 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6653
6654 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6655 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6656 indicate that the attribute takes numeric values.
6657
6658 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6659 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6660 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6661 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6662 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6663
6664 @findex insn-attr.h
6665 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6666 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6667 specified for an attribute, the following are defined:
6668
6669 @itemize @bullet
6670 @item
6671 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6672
6673 @item
6674 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6675 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6676 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6677
6678 @item
6679 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6680 returns the attribute value for that insn.
6681 @end itemize
6682
6683 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6684
6685 @smallexample
6686 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6687 @end smallexample
6688
6689 @noindent
6690 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6691
6692 @smallexample
6693 #define HAVE_ATTR_type
6694 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6695                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6696 extern enum attr_type get_attr_type ();
6697 @end smallexample
6698
6699 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6700 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6701 @code{int}.
6702
6703 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6704 attributes are not free to use for other purposes:
6705
6706 @table @code
6707 @item length
6708 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6709 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6710 distances. @xref{Insn Lengths}.
6711
6712 @item enabled
6713 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6714 alternatives of an insn definition from being used during code
6715 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6716 @end table
6717
6718 @findex define_enum_attr
6719 @anchor{define_enum_attr}
6720 Another way of defining an attribute is to use:
6721
6722 @smallexample
6723 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
6724 @end smallexample
6725
6726 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
6727 the list of values is taken from a separate enumeration called
6728 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
6729 the same list of values for several attributes without having to
6730 repeat the list each time.  For example:
6731
6732 @smallexample
6733 (define_enum "processor" [
6734   model_a
6735   model_b
6736   @dots{}
6737 ])
6738 (define_enum_attr "arch" "processor"
6739   (const (symbol_ref "target_arch")))
6740 (define_enum_attr "tune" "processor"
6741   (const (symbol_ref "target_tune")))
6742 @end smallexample
6743
6744 defines the same attributes as:
6745
6746 @smallexample
6747 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
6748   (const (symbol_ref "target_arch")))
6749 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
6750   (const (symbol_ref "target_tune")))
6751 @end smallexample
6752
6753 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
6754 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
6755 defines a single C enum (@code{processor}).
6756 @end ifset
6757 @ifset INTERNALS
6758 @node Expressions
6759 @subsection Attribute Expressions
6760 @cindex attribute expressions
6761
6762 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6763 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6764 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6765
6766 @table @code
6767 @cindex @code{const_int} and attributes
6768 @item (const_int @var{i})
6769 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6770 must be non-negative.
6771
6772 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6773 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6774 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6775 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6776 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6777
6778 @cindex @code{const_string} and attributes
6779 @item (const_string @var{value})
6780 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6781 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6782 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6783 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6784 of a @code{define_attr}.
6785
6786 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6787 must be a string containing a non-negative integer (normally
6788 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6789 contain one of the valid values for the attribute.
6790
6791 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6792 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6793 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6794 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6795 otherwise it is @var{false-value}.
6796
6797 @cindex @code{cond} and attributes
6798 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6799 The first operand of this expression is a vector containing an even
6800 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6801 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6802 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6803 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6804 expression is that of the @var{default} expression.
6805 @end table
6806
6807 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6808
6809 @table @code
6810 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6811 @item (const_int @var{i})
6812 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6813
6814 @cindex @code{not} and attributes
6815 @cindex @code{ior} and attributes
6816 @cindex @code{and} and attributes
6817 @item (not @var{test})
6818 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6819 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6820 These tests are true if the indicated logical function is true.
6821
6822 @cindex @code{match_operand} and attributes
6823 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6824 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6825 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6826 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6827 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6828 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6829 string).
6830
6831 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6832
6833 @cindex @code{le} and attributes
6834 @cindex @code{leu} and attributes
6835 @cindex @code{lt} and attributes
6836 @cindex @code{gt} and attributes
6837 @cindex @code{gtu} and attributes
6838 @cindex @code{ge} and attributes
6839 @cindex @code{geu} and attributes
6840 @cindex @code{ne} and attributes
6841 @cindex @code{eq} and attributes
6842 @cindex @code{plus} and attributes
6843 @cindex @code{minus} and attributes
6844 @cindex @code{mult} and attributes
6845 @cindex @code{div} and attributes
6846 @cindex @code{mod} and attributes
6847 @cindex @code{abs} and attributes
6848 @cindex @code{neg} and attributes
6849 @cindex @code{ashift} and attributes
6850 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6851 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6852 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6853 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6854 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6855 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6856 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6857 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6858 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6859 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6860 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6861 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6862 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6863 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6864 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6865 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6866 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6867
6868 @findex get_attr
6869 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6870 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6871 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6872 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6873 variable.
6874
6875 @findex eq_attr
6876 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6877 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6878
6879 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6880 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6881 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6882 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6883 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6884 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6885 @emph{not} in the specified list.
6886
6887 For example,
6888
6889 @smallexample
6890 (eq_attr "type" "load,store")
6891 @end smallexample
6892
6893 @noindent
6894 is equivalent to
6895
6896 @smallexample
6897 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6898 @end smallexample
6899
6900 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6901 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6902 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6903 example,
6904
6905 @smallexample
6906 (eq_attr "alternative" "2,3")
6907 @end smallexample
6908
6909 @noindent
6910 is equivalent to
6911
6912 @smallexample
6913 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6914      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6915 @end smallexample
6916
6917 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6918 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6919 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6920
6921 @findex attr_flag
6922 @item (attr_flag @var{name})
6923 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6924 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6925 scheduled.
6926
6927 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6928 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6929 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6930 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6931 if a conditional branch is expected to be taken.
6932
6933 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6934 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6935
6936 This example describes a conditional branch delay slot which
6937 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6938 for backward branches which are not taken (annul-false).
6939
6940 @smallexample
6941 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6942   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6943    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6944         (attr_flag "forward"))
6945    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6946         (attr_flag "backward"))])
6947 @end smallexample
6948
6949 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6950 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6951
6952 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6953 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6954 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6955 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6956
6957 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6958 meaning to other passes of the compiler.
6959
6960 @findex attr
6961 @item (attr @var{name})
6962 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6963 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6964 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6965 @end table
6966
6967 @end ifset
6968 @ifset INTERNALS
6969 @node Tagging Insns
6970 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6971 @cindex tagging insns
6972 @cindex assigning attribute values to insns
6973
6974 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6975 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6976 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6977 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6978 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6979 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6980 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6981 permits the specification of the values for only one or two attributes
6982 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6983 next section.
6984
6985 The optional last argument of @code{define_insn} and
6986 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6987 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6988 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6989 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6990 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6991 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6992
6993 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6994 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6995 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6996 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6997 each alternative.
6998
6999 @findex set_attr
7000 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7001 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7002 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7003 of attribute values, one for each alternative.
7004
7005 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7006 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7007
7008 @table @code
7009 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7010 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7011 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7012 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7013 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7014
7015 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7016 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7017 that alternative.
7018
7019 @findex set_attr_alternative
7020 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7021 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7022 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7023 tests on the @samp{alternative} attribute.
7024
7025 @findex attr
7026 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7027 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7028 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7029 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7030 @end table
7031
7032 The following shows three different ways of representing the same
7033 attribute value specification:
7034
7035 @smallexample
7036 (set_attr "type" "load,store,arith")
7037
7038 (set_attr_alternative "type"
7039                       [(const_string "load") (const_string "store")
7040                        (const_string "arith")])
7041
7042 (set (attr "type")
7043      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7044             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7045            (const_string "arith")))
7046 @end smallexample
7047
7048 @need 1000
7049 @findex define_asm_attributes
7050 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7051 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7052 statement.  It has the form:
7053
7054 @smallexample
7055 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7056 @end smallexample
7057
7058 @noindent
7059 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7060 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7061
7062 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7063 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7064
7065 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7066 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7067 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7068 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7069 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7070 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7071 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7072 of a single machine instruction.
7073
7074 @end ifset
7075 @ifset INTERNALS
7076 @node Attr Example
7077 @subsection Example of Attribute Specifications
7078 @cindex attribute specifications example
7079 @cindex attribute specifications
7080
7081 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7082 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7083 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7084 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7085 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7086
7087 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7088 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7089 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7090 operations, floating point operations, and branches.
7091
7092 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7093 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7094 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7095 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7096 changed if the item previously set into the condition code has been
7097 modified.
7098
7099 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7100
7101 @smallexample
7102 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7103
7104 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7105              (cond [(eq_attr "type" "load")
7106                         (const_string "change0")
7107                     (eq_attr "type" "store,branch")
7108                         (const_string "unchanged")
7109                     (eq_attr "type" "arith")
7110                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7111                                       (const_string "set")
7112                                       (const_string "clobber"))]
7113                    (const_string "clobber")))
7114
7115 (define_insn ""
7116   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7117         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7118   ""
7119   "@@
7120    move %0,%1
7121    load %0,%1
7122    store %0,%1"
7123   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7124 @end smallexample
7125
7126 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7127 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7128 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7129 full-word result.
7130
7131 @end ifset
7132 @ifset INTERNALS
7133 @node Insn Lengths
7134 @subsection Computing the Length of an Insn
7135 @cindex insn lengths, computing
7136 @cindex computing the length of an insn
7137
7138 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7139 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7140 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7141 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7142 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7143 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7144
7145 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7146 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7147
7148 @table @code
7149 @cindex @code{match_dup} and attributes
7150 @item (match_dup @var{n})
7151 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7152 must be a @code{label_ref}.
7153
7154 @cindex @code{pc} and attributes
7155 @item (pc)
7156 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7157 been more consistent with other usage to make this the address of the
7158 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7159 current insn is to be computed.
7160 @end table
7161
7162 @cindex @code{addr_vec}, length of
7163 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7164 For normal insns, the length will be determined by value of the
7165 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7166 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7167 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7168
7169 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7170
7171 The following macros can be used to refine the length computation:
7172
7173 @table @code
7174 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7175 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7176 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7177 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7178 that contains the initially computed length of the insn and should be
7179 updated with the correct length of the insn.
7180
7181 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7182 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7183 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7184 may be required.
7185 @end table
7186
7187 @findex get_attr_length
7188 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7189 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7190 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7191 example below illustrates.
7192
7193 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7194 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7195 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7196 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7197 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7198
7199 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7200 as follows:
7201
7202 @smallexample
7203 (define_insn "jump"
7204   [(set (pc)
7205         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7206   ""
7207 @{
7208    return (get_attr_length (insn) == 4
7209            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7210 @}
7211   [(set (attr "length")
7212         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7213                       (const_int 4)
7214                       (const_int 6)))])
7215 @end smallexample
7216
7217 @end ifset
7218 @ifset INTERNALS
7219 @node Constant Attributes
7220 @subsection Constant Attributes
7221 @cindex constant attributes
7222
7223 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7224 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7225 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7226 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7227
7228 @smallexample
7229 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7230  (const
7231   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7232          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7233         (const_string "m88000"))))
7234
7235 (define_attr "memory" "fast,slow"
7236  (const
7237   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7238                 (const_string "fast")
7239                 (const_string "slow"))))
7240 @end smallexample
7241
7242 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7243 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7244 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7245 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7246 forms involving insn attributes.
7247
7248 @end ifset
7249 @ifset INTERNALS
7250 @node Delay Slots
7251 @subsection Delay Slot Scheduling
7252 @cindex delay slots, defining
7253
7254 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7255 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7256 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7257 after the instruction are executed as if they were located before it.
7258 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7259 the following instruction before the branch or call is performed.
7260
7261 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7262 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7263 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7264 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7265 annul if the branch is false are supported.
7266
7267 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7268 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7269 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7270 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7271 instruction scheduling.
7272
7273 @findex define_delay
7274 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7275 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7276
7277 @smallexample
7278 (define_delay @var{test}
7279               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7280                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7281                @dots{}])
7282 @end smallexample
7283
7284 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7285 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7286 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7287 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7288 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7289 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7290 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7291 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7292 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7293
7294 For example, in the common case where branch and call insns require
7295 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7296 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7297
7298 @smallexample
7299 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7300               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7301 @end smallexample
7302
7303 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7304 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7305 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7306 expressions are both true.
7307
7308 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7309 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7310 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7311 branch is true, we might represent this as follows:
7312
7313 @smallexample
7314 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7315    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7316     (eq_attr "type" "!branch,call")
7317     (nil)])
7318
7319 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7320               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7321                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7322 @end smallexample
7323 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7324
7325 @end ifset
7326 @ifset INTERNALS
7327 @node Processor pipeline description
7328 @subsection Specifying processor pipeline description
7329 @cindex processor pipeline description
7330 @cindex processor functional units
7331 @cindex instruction latency time
7332 @cindex interlock delays
7333 @cindex data dependence delays
7334 @cindex reservation delays
7335 @cindex pipeline hazard recognizer
7336 @cindex automaton based pipeline description
7337 @cindex regular expressions
7338 @cindex deterministic finite state automaton
7339 @cindex automaton based scheduler
7340 @cindex RISC
7341 @cindex VLIW
7342
7343 To achieve better performance, most modern processors
7344 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7345 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7346 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7347 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7348 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7349 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7350 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7351 MIPS processors).
7352
7353 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7354 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7355 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7356 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7357 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7358 are not available but will be ready in given time after the
7359 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7360 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7361 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7362 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7363 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7364 means that two instructions under execution will be in need of shared
7365 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7366 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7367 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7368 processors.
7369
7370 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7371 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7372 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7373 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7374 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7375 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7376 @dfn{regular expressions}.
7377
7378 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7379 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7380 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7381 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7382 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7383 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7384 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7385 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7386 furthermore, its speed is not dependent on processor
7387 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7388 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7389 can split orthogonal parts of the machine description among several
7390 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7391 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7392
7393 @cindex automaton based pipeline description
7394 The rest of this section describes the directives that constitute
7395 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7396 these constructions within the machine description file is not
7397 important.
7398
7399 @findex define_automaton
7400 @cindex pipeline hazard recognizer
7401 The following optional construction describes names of automata
7402 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7403 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7404 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7405 units to the automata, the total size of the automata is usually
7406 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7407 construction, only one finite state automaton is generated.
7408
7409 @smallexample
7410 (define_automaton @var{automata-names})
7411 @end smallexample
7412
7413 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7414 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7415 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7416 @code{define_query_cpu_unit}.
7417
7418 @findex define_cpu_unit
7419 @cindex processor functional units
7420 Each processor functional unit used in the description of instruction
7421 reservations should be described by the following construction.
7422
7423 @smallexample
7424 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7425 @end smallexample
7426
7427 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7428 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7429 for other goals.
7430
7431 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7432 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7433 construction @code{define_automaton}.  You should give
7434 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7435
7436 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7437 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7438 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7439 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7440 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7441 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7442 description of the subsequent constructions.
7443
7444 @findex define_query_cpu_unit
7445 @cindex querying function unit reservations
7446 The following construction describes CPU functional units analogously
7447 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7448 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7449 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7450 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7451 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7452 @acronym{VLIW} insn templates).
7453
7454 @smallexample
7455 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7456 @end smallexample
7457
7458 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7459 separated by commas.
7460
7461 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7462 which the unit is bound.
7463
7464 @findex define_insn_reservation
7465 @cindex instruction latency time
7466 @cindex regular expressions
7467 @cindex data bypass
7468 The following construction is the major one to describe pipeline
7469 characteristics of an instruction.
7470
7471 @smallexample
7472 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7473                          @var{condition} @var{regexp})
7474 @end smallexample
7475
7476 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7477 instruction.  There is an important difference between the old
7478 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7479 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7480 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7481 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7482 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7483 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7484 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7485 change the default costs for any description by using the target hook
7486 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7487
7488 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7489 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7490 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7491 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7492 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7493
7494 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7495 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7496 @var{condition} for two or more different
7497 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7498 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7499 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7500 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7501 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7502 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7503 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7504 recognizer considerably.
7505
7506 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7507 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7508 expression according to the following syntax:
7509
7510 @smallexample
7511        regexp = regexp "," oneof
7512               | oneof
7513
7514        oneof = oneof "|" allof
7515              | allof
7516
7517        allof = allof "+" repeat
7518              | repeat
7519
7520        repeat = element "*" number
7521               | element
7522
7523        element = cpu_function_unit_name
7524                | reservation_name
7525                | result_name
7526                | "nothing"
7527                | "(" regexp ")"
7528 @end smallexample
7529
7530 @itemize @bullet
7531 @item
7532 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7533 the reservation.
7534
7535 @item
7536 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7537 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7538 regular expression @strong{or} etc.
7539
7540 @item
7541 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7542 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7543 second regular expression @strong{and} etc.
7544
7545 @item
7546 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7547 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7548 advancing (see @samp{,}).
7549
7550 @item
7551 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7552 functional unit.
7553
7554 @item
7555 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7556 @samp{define_reservation}.
7557
7558 @item
7559 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7560 @end itemize
7561
7562 @findex define_reservation
7563 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7564 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7565 the common part by the following construction
7566
7567 @smallexample
7568 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7569 @end smallexample
7570
7571 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7572 Functional unit names and reservation names are in the same name
7573 space.  So the reservation names should be different from the
7574 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7575
7576 @findex define_bypass
7577 @cindex instruction latency time
7578 @cindex data bypass
7579 The following construction is used to describe exceptions in the
7580 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7581
7582 @smallexample
7583 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7584                [@var{guard}])
7585 @end smallexample
7586
7587 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7588 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7589 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7590 the string are separated by commas.
7591
7592 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7593 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7594 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7595 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7596 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7597 of insn @samp{store} (not a stored value).
7598
7599 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7600 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7601 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7602 bypass without the guard function is chosen.
7603
7604 @findex exclusion_set
7605 @findex presence_set
7606 @findex final_presence_set
7607 @findex absence_set
7608 @findex final_absence_set
7609 @cindex VLIW
7610 @cindex RISC
7611 The following five constructions are usually used to describe
7612 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7613 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7614 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7615
7616 @smallexample
7617 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7618 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7619 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7620 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7621 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7622 @end smallexample
7623
7624 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7625 separated by commas.
7626
7627 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7628 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7629 separated by white-spaces.
7630
7631 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7632 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7633 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7634 example, the construction is useful for describing processors
7635 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7636 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7637 point insns or only double floating point insns.
7638
7639 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7640 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7641 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7642 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7643 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7644 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7645 construction
7646
7647 @smallexample
7648 (presence_set "slot1" "slot0")
7649 @end smallexample
7650
7651 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7652 reservation.  In this case we could write
7653
7654 @smallexample
7655 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7656 @end smallexample
7657
7658 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7659 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7660 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7661 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7662 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7663 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7664 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7665 done on the result reservation.  This construction is useful to
7666 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7667 For example, if we use
7668
7669 @smallexample
7670 (presence_set "slot1" "slot0")
7671 @end smallexample
7672
7673 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7674 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7675
7676 @smallexample
7677 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7678 @end smallexample
7679
7680 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7681
7682 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7683 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7684 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7685 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7686 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7687 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7688 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7689 can be described as:
7690
7691 @smallexample
7692 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7693 @end smallexample
7694
7695 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7696 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7697 this case we could write
7698
7699 @smallexample
7700 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7701 @end smallexample
7702
7703 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7704 automaton.
7705
7706 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7707 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7708 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7709
7710 @findex automata_option
7711 @cindex deterministic finite state automaton
7712 @cindex nondeterministic finite state automaton
7713 @cindex finite state automaton minimization
7714 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7715 the following construction.
7716
7717 @smallexample
7718 (automata_option @var{options})
7719 @end smallexample
7720
7721 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7722 code.  Currently there are the following options:
7723
7724 @itemize @bullet
7725 @item
7726 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7727 only worth to do when we are debugging the description and need to
7728 look more accurately at reservations of states.
7729
7730 @item
7731 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7732 automata.
7733
7734 @item
7735 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7736 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7737
7738 @item
7739 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7740 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7741 verification and debugging.
7742
7743 @item
7744 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7745 non-critical errors.
7746
7747 @item
7748 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7749 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7750 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7751 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7752 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7753 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7754
7755 @item
7756 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7757 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7758 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7759 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7760 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7761 huge automaton.
7762 @end itemize
7763
7764 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7765 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7766 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7767 the following functional units.
7768
7769 @smallexample
7770 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7771 (define_cpu_unit "port0, port1")
7772 @end smallexample
7773
7774 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7775 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7776 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7777 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7778 multiplication insns can be executed only in the second integer
7779 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7780 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7781 integer division insn can not be issued until the current division
7782 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7783 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7784 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7785 incurred.  To describe all of this we could specify
7786
7787 @smallexample
7788 (define_cpu_unit "div")
7789
7790 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7791                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7792
7793 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7794                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7795
7796 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7797                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7798
7799 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7800                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7801
7802 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7803 @end smallexample
7804
7805 To simplify the description we could describe the following reservation
7806
7807 @smallexample
7808 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7809 @end smallexample
7810
7811 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7812 construction
7813
7814 @smallexample
7815 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7816                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7817 @end smallexample
7818
7819
7820 @end ifset
7821 @ifset INTERNALS
7822 @node Conditional Execution
7823 @section Conditional Execution
7824 @cindex conditional execution
7825 @cindex predication
7826
7827 A number of architectures provide for some form of conditional
7828 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7829 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7830 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7831 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7832 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7833
7834 @findex define_cond_exec
7835 @smallexample
7836 (define_cond_exec
7837   [@var{predicate-pattern}]
7838   "@var{condition}"
7839   "@var{output-template}")
7840 @end smallexample
7841
7842 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7843 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7844 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7845 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7846 alternative.
7847
7848 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7849 pattern to match.
7850
7851 @findex current_insn_predicate
7852 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7853 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7854 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7855 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7856 In order to handle the general case, there is a global variable
7857 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7858 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7859
7860 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7861 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7862 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7863 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7864 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7865 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7866 alternative or anything else.
7867
7868 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7869 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7870 generated that matches a predicated version of the instruction.
7871 For example,
7872
7873 @smallexample
7874 (define_insn "addsi"
7875   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7876         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7877                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7878   "@var{test1}"
7879   "add %2,%1,%0")
7880
7881 (define_cond_exec
7882   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7883        (const_int 0))]
7884   "@var{test2}"
7885   "(%0)")
7886 @end smallexample
7887
7888 @noindent
7889 generates a new pattern
7890
7891 @smallexample
7892 (define_insn ""
7893   [(cond_exec
7894      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7895      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7896           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7897                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7898   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7899   "(%3) add %2,%1,%0")
7900 @end smallexample
7901
7902 @end ifset
7903 @ifset INTERNALS
7904 @node Constant Definitions
7905 @section Constant Definitions
7906 @cindex constant definitions
7907 @findex define_constants
7908
7909 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7910 can be a maintenance problem.
7911
7912 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7913 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7914 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7915 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7916 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7917 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7918 a different value.
7919
7920 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7921
7922 @smallexample
7923 (define_insn ""
7924   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7925      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7926            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7927       (use (reg:SI 179))
7928       (clobber (reg:SI 179))])]
7929   ""
7930   "loadm 0,0,%1,%2")
7931 @end smallexample
7932
7933 You could write:
7934
7935 @smallexample
7936 (define_constants [
7937     (R_BP 177)
7938     (R_FC 178)
7939     (R_CR 179)
7940     (R_Q  180)
7941 ])
7942
7943 (define_insn ""
7944   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7945      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7946            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7947       (use (reg:SI R_CR))
7948       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7949   ""
7950   "loadm 0,0,%1,%2")
7951 @end smallexample
7952
7953 The constants that are defined with a define_constant are also output
7954 in the insn-codes.h header file as #defines.
7955
7956 @cindex enumerations
7957 @findex define_c_enum
7958 You can also use the machine description file to define enumerations.
7959 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
7960 are visible to both the machine description file and the main C code.
7961
7962 The syntax is as follows:
7963
7964 @smallexample
7965 (define_c_enum "@var{name}" [
7966   @var{value0}
7967   @var{value1}
7968   @dots{}
7969   @var{valuen}
7970 ])
7971 @end smallexample
7972
7973 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
7974 in @file{insn-constants.h}:
7975
7976 @smallexample
7977 enum @var{name} @{
7978   @var{value0} = 0,
7979   @var{value1} = 1,
7980   @dots{}
7981   @var{valuen} = @var{n}
7982 @};
7983 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
7984 @end smallexample
7985
7986 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
7987 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
7988 file, just as if it had been declared with:
7989
7990 @smallexample
7991 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
7992 @end smallexample
7993
7994 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
7995 begins with @var{cname}.
7996
7997 You can split the enumeration definition into as many statements as
7998 you like.  The above example is directly equivalent to:
7999
8000 @smallexample
8001 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8002 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8003 @dots{}
8004 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8005 @end smallexample
8006
8007 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8008 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8009 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8010 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8011 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8012
8013 Some enumeration names have special significance to GCC:
8014
8015 @table @code
8016 @item unspecv
8017 @findex unspec_volatile
8018 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8019 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8020
8021 @smallexample
8022 (define_c_enum "unspecv" [
8023   UNSPECV_BLOCKAGE
8024 ])
8025 @end smallexample
8026
8027 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8028
8029 @smallexample
8030 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8031 @end smallexample
8032
8033 @item unspec
8034 @findex unspec
8035 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8036 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8037 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8038 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8039 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8040 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8041 for both.
8042 @end table
8043
8044 @findex define_enum
8045 @anchor{define_enum}
8046 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8047
8048 @smallexample
8049 (define_enum "@var{name}" [
8050   @var{value0}
8051   @var{value1}
8052   @dots{}
8053   @var{valuen}
8054 ])
8055 @end smallexample
8056
8057 This directive implies:
8058
8059 @smallexample
8060 (define_c_enum "@var{name}" [
8061   @var{cname}_@var{cvalue0}
8062   @var{cname}_@var{cvalue1}
8063   @dots{}
8064   @var{cname}_@var{cvaluen}
8065 ])
8066 @end smallexample
8067
8068 @findex define_enum_attr
8069 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8070 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8071 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8072 (@pxref{define_enum_attr}).
8073 @end ifset
8074 @ifset INTERNALS
8075 @node Iterators
8076 @section Iterators
8077 @cindex iterators in @file{.md} files
8078
8079 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8080 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8081 facilities to make this process easier.
8082
8083 @menu
8084 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8085 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8086 @end menu
8087
8088 @node Mode Iterators
8089 @subsection Mode Iterators
8090 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8091
8092 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8093 For example:
8094
8095 @itemize @bullet
8096 @item
8097 If a processor has hardware support for both single and double
8098 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8099 very similar to the @code{DFmode} ones.
8100
8101 @item
8102 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8103 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8104 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8105 @end itemize
8106
8107 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8108 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8109 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8110 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8111
8112 @menu
8113 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8114 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8115 * Examples::                Examples
8116 @end menu
8117
8118 @node Defining Mode Iterators
8119 @subsubsection Defining Mode Iterators
8120 @findex define_mode_iterator
8121
8122 The syntax for defining a mode iterator is:
8123
8124 @smallexample
8125 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8126 @end smallexample
8127
8128 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8129 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8130 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8131 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8132 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8133 C condition will also require that @var{condi} be true.
8134
8135 For example:
8136
8137 @smallexample
8138 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8139 @end smallexample
8140
8141 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8142 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8143 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8144 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8145 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8146
8147 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8148 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8149 to @code{@var{mode}}.  For example:
8150
8151 @smallexample
8152 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8153 @end smallexample
8154
8155 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8156 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8157
8158 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8159 significant if two iterators are used in a construct that requires
8160 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8161
8162 @node Substitutions
8163 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8164 @findex define_mode_attr
8165
8166 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8167 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8168 example:
8169
8170 @itemize @bullet
8171 @item
8172 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8173 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8174 appropriate mode name for @var{m}.
8175
8176 @item
8177 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8178 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8179
8180 @item
8181 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8182 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8183 mode for the other operand(s).
8184 @end itemize
8185
8186 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8187 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8188 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8189 upper case.  You can define other attributes using:
8190
8191 @smallexample
8192 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8193 @end smallexample
8194
8195 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8196 is the value associated with @var{modei}.
8197
8198 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8199 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8200 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8201 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8202 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8203 value.
8204
8205 For example, suppose an @file{.md} file has:
8206
8207 @smallexample
8208 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8209 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8210 @end smallexample
8211
8212 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8213 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8214 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8215 @code{"ld\t%0,%1"}.
8216
8217 Here is an example of using an attribute for a mode:
8218
8219 @smallexample
8220 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8221 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8222 (define_insn @dots{}
8223   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8224 @end smallexample
8225
8226 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8227 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8228
8229 @node Examples
8230 @subsubsection Mode Iterator Examples
8231
8232 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8233 modes and attributes (among others):
8234
8235 @smallexample
8236 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8237 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8238 @end smallexample
8239
8240 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8241 and @code{subdi3}:
8242
8243 @smallexample
8244 (define_insn "sub<mode>3"
8245   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8246         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8247                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8248   ""
8249   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8250   [(set_attr "type" "arith")
8251    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8252 @end smallexample
8253
8254 This is exactly equivalent to:
8255
8256 @smallexample
8257 (define_insn "subsi3"
8258   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8259         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8260                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8261   ""
8262   "subu\t%0,%1,%2"
8263   [(set_attr "type" "arith")
8264    (set_attr "mode" "SI")])
8265
8266 (define_insn "subdi3"
8267   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8268         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8269                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8270   ""
8271   "dsubu\t%0,%1,%2"
8272   [(set_attr "type" "arith")
8273    (set_attr "mode" "DI")])
8274 @end smallexample
8275
8276 @node Code Iterators
8277 @subsection Code Iterators
8278 @cindex code iterators in @file{.md} files
8279 @findex define_code_iterator
8280 @findex define_code_attr
8281
8282 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8283
8284 The construct:
8285
8286 @smallexample
8287 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8288 @end smallexample
8289
8290 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8291 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8292 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8293
8294 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8295 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8296 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8297 @xref{Defining Mode Iterators}.
8298
8299 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8300 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8301 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8302 Other attributes are defined using:
8303
8304 @smallexample
8305 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8306 @end smallexample
8307
8308 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8309
8310 @smallexample
8311 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8312                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8313
8314 (define_expand "b<code>"
8315   [(set (pc)
8316         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8317                                    (const_int 0))
8318                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8319                       (pc)))]
8320   ""
8321 @{
8322   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8323   DONE;
8324 @})
8325 @end smallexample
8326
8327 This is equivalent to:
8328
8329 @smallexample
8330 (define_expand "bunordered"
8331   [(set (pc)
8332         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8333                                     (const_int 0))
8334                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8335                       (pc)))]
8336   ""
8337 @{
8338   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8339   DONE;
8340 @})
8341
8342 (define_expand "bordered"
8343   [(set (pc)
8344         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8345                                   (const_int 0))
8346                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8347                       (pc)))]
8348   ""
8349 @{
8350   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8351   DONE;
8352 @})
8353
8354 @dots{}
8355 @end smallexample
8356
8357 @end ifset