OSDN Git Service

PR c++/24686
[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 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression has one operand, a string constant containing a
902 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  It evaluates
903 to true if @var{op} has any of the listed codes.
904
905 @item MATCH_TEST
906 This expression has one operand, a string constant containing a C
907 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
908 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
909 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
910 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
911
912 @item  AND
913 @itemx IOR
914 @itemx NOT
915 @itemx IF_THEN_ELSE
916 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
917 logical operators, which have the semantics of the C operators
918 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.
919 @end table
920
921 @item
922 An optional block of C code, which should execute
923 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
924 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
925 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names.
927
928 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
929 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
930 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
931 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
932 code block that was checked in the RTL expression.
933 @end itemize
934
935 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
936 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
937 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
938 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
939 @code{MATCH_CODE}.
940
941 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
942 machine description:
943
944 @smallexample
945 @group
946 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
947 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
948   (and (match_code "symbol_ref")
949        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
950 @end group
951 @end smallexample
952
953 @noindent
954 And here is another, showing the use of the C block.
955
956 @smallexample
957 @group
958 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
959 (define_predicate "gr_register_operand"
960   (match_operand 0 "register_operand")
961 @{
962   unsigned int regno;
963   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
964     op = SUBREG_REG (op);
965
966   regno = REGNO (op);
967   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
968 @})
969 @end group
970 @end smallexample
971
972 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
973 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
974 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
975 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
976 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
977 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
978 target-specific predicates that take constants usually have to do more
979 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
980 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
981 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
982 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
983 @code{immediate_operand}.
984
985 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
986 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
987 by @command{genrecog}.
988
989 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
990 test predicates.  It also writes a header file containing function
991 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
992 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
993 @end ifset
994
995 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
996 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
997 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
998 @ifset INTERNALS
999 @node Constraints
1000 @section Operand Constraints
1001 @cindex operand constraints
1002 @cindex constraints
1003
1004 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1005 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1006 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1007 predicate.
1008
1009 @end ifset
1010 @ifclear INTERNALS
1011 @node Constraints
1012 @section Constraints for @code{asm} Operands
1013 @cindex operand constraints, @code{asm}
1014 @cindex constraints, @code{asm}
1015 @cindex @code{asm} constraints
1016
1017 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1018 @code{asm} operands.
1019 @end ifclear
1020 Constraints can say whether
1021 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1022 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1023 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1024 have.  Constraints can also require two operands to match.
1025
1026 @ifset INTERNALS
1027 @menu
1028 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1029 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1030 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1031 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1032 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1033 @end menu
1034 @end ifset
1035
1036 @ifclear INTERNALS
1037 @menu
1038 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1039 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1040 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1041 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1042 @end menu
1043 @end ifclear
1044
1045 @node Simple Constraints
1046 @subsection Simple Constraints
1047 @cindex simple constraints
1048
1049 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1050 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1051 the letters that are allowed:
1052
1053 @table @asis
1054 @item whitespace
1055 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1056 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1057 be visually aligned in the machine description even if they have different
1058 number of constraints and modifiers.
1059
1060 @cindex @samp{m} in constraint
1061 @cindex memory references in constraints
1062 @item @samp{m}
1063 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1064 supports in general.
1065
1066 @cindex offsettable address
1067 @cindex @samp{o} in constraint
1068 @item @samp{o}
1069 A memory operand is allowed, but only if the address is
1070 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1071 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1072 may be added to the address and the result is also a valid memory
1073 address.
1074
1075 @cindex autoincrement/decrement addressing
1076 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1077 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1078 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1079 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1080 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1081 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1082 addressing modes that the machine supports.
1083
1084 Note that in an output operand which can be matched by another
1085 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1086 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1087 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1088
1089 @cindex @samp{V} in constraint
1090 @item @samp{V}
1091 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1092 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1093
1094 @cindex @samp{<} in constraint
1095 @item @samp{<}
1096 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1097 postdecrement) is allowed.
1098
1099 @cindex @samp{>} in constraint
1100 @item @samp{>}
1101 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1102 postincrement) is allowed.
1103
1104 @cindex @samp{r} in constraint
1105 @cindex registers in constraints
1106 @item @samp{r}
1107 A register operand is allowed provided that it is in a general
1108 register.
1109
1110 @cindex constants in constraints
1111 @cindex @samp{i} in constraint
1112 @item @samp{i}
1113 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1114 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1115 assembly time or later.
1116
1117 @cindex @samp{n} in constraint
1118 @item @samp{n}
1119 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1120 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1121 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1122 rather than @samp{i}.
1123
1124 @cindex @samp{I} in constraint
1125 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1126 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1127 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1128 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1129 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1130 This is the range permitted as a shift count in the shift
1131 instructions.
1132
1133 @cindex @samp{E} in constraint
1134 @item @samp{E}
1135 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1136 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1137 that of the host machine (on which the compiler is running).
1138
1139 @cindex @samp{F} in constraint
1140 @item @samp{F}
1141 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1142 @code{const_vector}) is allowed.
1143
1144 @cindex @samp{G} in constraint
1145 @cindex @samp{H} in constraint
1146 @item @samp{G}, @samp{H}
1147 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1148 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1149
1150 @cindex @samp{s} in constraint
1151 @item @samp{s}
1152 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1153 allowed.
1154
1155 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1156 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1157 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1158 better code to be generated.
1159
1160 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1161 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1162 and 127, better code results from loading the value into a register and
1163 using the register.  This is because the load into the register can be
1164 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1165 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1166 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1167 constraints.
1168
1169 @cindex @samp{g} in constraint
1170 @item @samp{g}
1171 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1172 registers that are not general registers.
1173
1174 @cindex @samp{X} in constraint
1175 @item @samp{X}
1176 @ifset INTERNALS
1177 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1178 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1179 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1180 require a scratch register.
1181 @end ifset
1182 @ifclear INTERNALS
1183 Any operand whatsoever is allowed.
1184 @end ifclear
1185
1186 @cindex @samp{0} in constraint
1187 @cindex digits in constraint
1188 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1189 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1190 digit is used together with letters within the same alternative, the
1191 digit should come last.
1192
1193 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1194 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1195 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1196 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1197 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1198 can use multiple alternatives instead.
1199
1200 @cindex matching constraint
1201 @cindex constraint, matching
1202 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1203 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1204 @ifset INTERNALS
1205 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1206 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1210 two input operands and an output operand, but on most CISC
1211 @end ifclear
1212 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1213 input-output operand:
1214
1215 @smallexample
1216 addl #35,r12
1217 @end smallexample
1218
1219 Matching constraints are used in these circumstances.
1220 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1221 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1222 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1223 constraint.
1224
1225 @ifset INTERNALS
1226 For operands to match in a particular case usually means that they
1227 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1228 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1229 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1230 For proper results in such cases, the output template should always
1231 use the output-operand's number when printing the operand.
1232 @end ifset
1233
1234 @cindex load address instruction
1235 @cindex push address instruction
1236 @cindex address constraints
1237 @cindex @samp{p} in constraint
1238 @item @samp{p}
1239 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1240 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1241
1242 @findex address_operand
1243 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1244 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1245 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1246 reference for which the address would be valid.
1247
1248 @cindex other register constraints
1249 @cindex extensible constraints
1250 @item @var{other-letters}
1251 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1252 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1253 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1254 for data, address and floating point registers.
1255
1256 @ifset INTERNALS
1257 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
1258 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
1259 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
1260
1261 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
1262 types of memory references that affect other insn operands.
1263 @end ifset
1264 @end table
1265
1266 @ifset INTERNALS
1267 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1268 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1269 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1270 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1271 done by copying an operand into a register.
1272
1273 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1274
1275 @smallexample
1276 (define_insn ""
1277   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1278         (plus:SI (match_dup 0)
1279                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1280   ""
1281   "@dots{}")
1282 @end smallexample
1283
1284 @noindent
1285 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1286
1287 @smallexample
1288 (define_insn ""
1289   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1290         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1291                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1292   ""
1293   "@dots{}")
1294 @end smallexample
1295
1296 @noindent
1297 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1298 identical.  If we are considering an insn of the form
1299
1300 @smallexample
1301 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1302   (set (reg:SI 3)
1303        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1304   @dots{})
1305 @end smallexample
1306
1307 @noindent
1308 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1309 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1310 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1311 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1312 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1313 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1314 results might look like this:
1315
1316 @smallexample
1317 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1318   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1319   @dots{})
1320
1321 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1322   (set (reg:SI 3)
1323        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1324   @dots{})
1325 @end smallexample
1326
1327 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1328 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1329 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1330 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1331 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1332 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1333 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1334 reloading any possible operand so that it will fit.
1335
1336 @itemize @bullet
1337 @item
1338 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1339 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1340
1341 For example, an operand whose constraints permit everything except
1342 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1343
1344 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1345 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1346 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1347 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1348 more selective.
1349
1350 @item
1351 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1352 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1353 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1354 compiler knows how to copy a register into another register of the
1355 proper class in order to make an instruction valid.
1356
1357 @cindex nonoffsettable memory reference
1358 @cindex memory reference, nonoffsettable
1359 @item
1360 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1361 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1362 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1363
1364 @item
1365 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1366 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1367 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1368 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1369
1370 @item
1371 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1372 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1373 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1374 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1375 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1376 objects allowed by the constraint.
1377 @end itemize
1378
1379 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1380 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1381 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1382 how to copy a register temporarily into memory.
1383
1384 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1385 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1386 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1387 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1388 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1389 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1390 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1391 @code{sign_extend}.
1392 @end ifset
1393
1394 @node Multi-Alternative
1395 @subsection Multiple Alternative Constraints
1396 @cindex multiple alternative constraints
1397
1398 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1399 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1400 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1401 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1402 another.
1403
1404 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1405 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1406 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1407 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1408 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1409 @ifset INTERNALS
1410 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1411
1412 @smallexample
1413 (define_insn "iorsi3"
1414   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1415         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1416                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1417   @dots{})
1418 @end smallexample
1419
1420 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1421 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1422 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1423 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1424 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1425 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1426 @end ifset
1427
1428 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1429 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1430 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1431 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1432 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1433 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1434 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1435
1436 @table @code
1437 @cindex @samp{?} in constraint
1438 @cindex question mark
1439 @item ?
1440 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1441 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1442 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1443 in it.
1444
1445 @cindex @samp{!} in constraint
1446 @cindex exclamation point
1447 @item !
1448 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1449 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1450 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1451 @end table
1452
1453 @ifset INTERNALS
1454 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1455 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1456 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1457 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1458 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1459 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1460 @end ifset
1461
1462 @ifset INTERNALS
1463 @node Class Preferences
1464 @subsection Register Class Preferences
1465 @cindex class preference constraints
1466 @cindex register class preference constraints
1467
1468 @cindex voting between constraint alternatives
1469 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1470 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1471 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1472 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1473 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1474 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1475 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1476 favor of a general register.  The machine description says which registers
1477 are considered general.
1478
1479 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1480 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1481 @end ifset
1482
1483 @node Modifiers
1484 @subsection Constraint Modifier Characters
1485 @cindex modifiers in constraints
1486 @cindex constraint modifier characters
1487
1488 @c prevent bad page break with this line
1489 Here are constraint modifier characters.
1490
1491 @table @samp
1492 @cindex @samp{=} in constraint
1493 @item =
1494 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1495 value is discarded and replaced by output data.
1496
1497 @cindex @samp{+} in constraint
1498 @item +
1499 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1500
1501 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1502 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1503 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1504 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1505 are assumed to be input only.
1506
1507 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1508 first character of the constraint string.
1509
1510 @cindex @samp{&} in constraint
1511 @cindex earlyclobber operand
1512 @item &
1513 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1514 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1515 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1516 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1517 address.
1518
1519 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1520 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1521 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1522 @samp{movdf} insn of the 68000.
1523
1524 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1525 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1526 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1527 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1528 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1529
1530 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1531
1532 @cindex @samp{%} in constraint
1533 @item %
1534 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1535 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1536 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1537 constraints.
1538 @ifset INTERNALS
1539 This is often used in patterns for addition instructions
1540 that really have only two operands: the result must go in one of the
1541 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1542 instruction is defined:
1543
1544 @smallexample
1545 (define_insn "addhi3"
1546   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1547      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1548               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1549   @dots{})
1550 @end smallexample
1551 @end ifset
1552 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1553 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1554 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1555 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1556 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1557 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1558 @samp{%} to make the intended insn match.
1559
1560 @cindex @samp{#} in constraint
1561 @item #
1562 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1563 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1564 register preferences.
1565
1566 @cindex @samp{*} in constraint
1567 @item *
1568 Says that the following character should be ignored when choosing
1569 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1570 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1571
1572 @ifset INTERNALS
1573 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1574 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1575 copying it into an address register.  While either kind of register is
1576 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1577 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1578 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1579 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1580 register preferences.
1581
1582 @smallexample
1583 (define_insn "extendhisi2"
1584   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1585         (sign_extend:SI
1586          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1587   @dots{})
1588 @end smallexample
1589 @end ifset
1590 @end table
1591
1592 @node Machine Constraints
1593 @subsection Constraints for Particular Machines
1594 @cindex machine specific constraints
1595 @cindex constraints, machine specific
1596
1597 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1598 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1599 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1600 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1601 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1602 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1603 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1604 immediate-constant format.
1605
1606 For each machine architecture, the
1607 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1608 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1609 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1610 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1611 The constraints are defined through these macros:
1612
1613 @table @code
1614 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1615 Register class constraints (usually lowercase).
1616
1617 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1618 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1619 word size or smaller precision (usually uppercase).
1620
1621 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1622 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1623 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1624
1625 @item EXTRA_CONSTRAINT
1626 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1627 is only defined for some machines.
1628 @end table
1629
1630 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1631 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1632 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1633 available on some particular machines.
1634
1635 @table @emph
1636 @item ARM family---@file{arm.h}
1637 @table @code
1638 @item f
1639 Floating-point register
1640
1641 @item w
1642 VFP floating-point register
1643
1644 @item F
1645 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1646 or 10.0
1647
1648 @item G
1649 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1650 were negated
1651
1652 @item I
1653 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1654 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1655 multiple of 2
1656
1657 @item J
1658 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1659
1660 @item K
1661 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1662
1663 @item L
1664 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1665
1666 @item M
1667 Integer in the range 0 to 32
1668
1669 @item Q
1670 A memory reference where the exact address is in a single register
1671 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1672
1673 @item R
1674 An item in the constant pool
1675
1676 @item S
1677 A symbol in the text segment of the current file
1678
1679 @item Uv
1680 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1681
1682 @item Uy
1683 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1684
1685 @item Uq
1686 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1687 @end table
1688
1689 @item AVR family---@file{avr.h}
1690 @table @code
1691 @item l
1692 Registers from r0 to r15
1693
1694 @item a
1695 Registers from r16 to r23
1696
1697 @item d
1698 Registers from r16 to r31
1699
1700 @item w
1701 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1702
1703 @item e
1704 Pointer register (r26--r31)
1705
1706 @item b
1707 Base pointer register (r28--r31)
1708
1709 @item q
1710 Stack pointer register (SPH:SPL)
1711
1712 @item t
1713 Temporary register r0
1714
1715 @item x
1716 Register pair X (r27:r26)
1717
1718 @item y
1719 Register pair Y (r29:r28)
1720
1721 @item z
1722 Register pair Z (r31:r30)
1723
1724 @item I
1725 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1726
1727 @item J
1728 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1729
1730 @item K
1731 Constant integer 2
1732
1733 @item L
1734 Constant integer 0
1735
1736 @item M
1737 Constant that fits in 8 bits
1738
1739 @item N
1740 Constant integer @minus{}1
1741
1742 @item O
1743 Constant integer 8, 16, or 24
1744
1745 @item P
1746 Constant integer 1
1747
1748 @item G
1749 A floating point constant 0.0
1750 @end table
1751
1752 @item CRX Architecture---@file{crx.h}
1753 @table @code
1754
1755 @item b
1756 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1757
1758 @item l
1759 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1760
1761 @item h
1762 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1763
1764 @item k
1765 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1766
1767 @item I
1768 Constant that fits in 3 bits
1769
1770 @item J
1771 Constant that fits in 4 bits
1772
1773 @item K
1774 Constant that fits in 5 bits
1775
1776 @item L
1777 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1778
1779 @item G
1780 Floating point constant that is legal for store immediate
1781 @end table
1782
1783 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1784 @table @code
1785 @item b
1786 Address base register
1787
1788 @item f
1789 Floating point register
1790
1791 @item v
1792 Vector register
1793
1794 @item h
1795 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1796
1797 @item q
1798 @samp{MQ} register
1799
1800 @item c
1801 @samp{CTR} register
1802
1803 @item l
1804 @samp{LINK} register
1805
1806 @item x
1807 @samp{CR} register (condition register) number 0
1808
1809 @item y
1810 @samp{CR} register (condition register)
1811
1812 @item z
1813 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1814
1815 @item I
1816 Signed 16-bit constant
1817
1818 @item J
1819 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1820 @code{SImode} constants)
1821
1822 @item K
1823 Unsigned 16-bit constant
1824
1825 @item L
1826 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1827
1828 @item M
1829 Constant larger than 31
1830
1831 @item N
1832 Exact power of 2
1833
1834 @item O
1835 Zero
1836
1837 @item P
1838 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1839
1840 @item G
1841 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1842 instruction per word
1843
1844 @item Q
1845 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1846 for @code{asm} statements)
1847
1848 @item R
1849 AIX TOC entry
1850
1851 @item S
1852 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1853
1854 @item T
1855 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1856
1857 @item U
1858 System V Release 4 small data area reference
1859 @end table
1860
1861 @item MorphoRISC family---@file{ms1.h}
1862 @table @code
1863 @item I
1864 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1865
1866 @item J
1867 The constant 0.
1868
1869 @item K
1870 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1871
1872 @item L
1873 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1874 bits are zero).
1875
1876 @item M
1877 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1878 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1879
1880 @item N
1881 Negative 16-bit constants other than -65536.
1882
1883 @item O
1884 A 15-bit signed integer constant.
1885
1886 @item P
1887 A positive 16-bit constant.
1888 @end table
1889
1890 @item Intel 386---@file{i386.h}
1891 @table @code
1892 @item q
1893 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1894 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class (for 8-bit instructions that
1895 do not use upper halves).
1896
1897 @item Q
1898 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register (for 8-bit instructions,
1899 that do use upper halves).
1900
1901 @item R
1902 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1903 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1904 instruction)
1905
1906 @item A
1907 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1908 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1909 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1910 @samp{a} register holding the least significant bits.
1911
1912 @item f
1913 Floating point register
1914
1915 @item t
1916 First (top of stack) floating point register
1917
1918 @item u
1919 Second floating point register
1920
1921 @item a
1922 @samp{a} register
1923
1924 @item b
1925 @samp{b} register
1926
1927 @item c
1928 @samp{c} register
1929
1930 @item C
1931 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1932 loading it from memory.
1933
1934 @item d
1935 @samp{d} register
1936
1937 @item D
1938 @samp{di} register
1939
1940 @item S
1941 @samp{si} register
1942
1943 @item x
1944 @samp{xmm} SSE register
1945
1946 @item y
1947 MMX register
1948
1949 @item I
1950 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1951
1952 @item J
1953 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1954
1955 @item K
1956 @samp{0xff}
1957
1958 @item L
1959 @samp{0xffff}
1960
1961 @item M
1962 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1963
1964 @item N
1965 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1966
1967 @item Z
1968 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1969 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1970
1971 @item e
1972 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1973 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1974
1975 @item G
1976 Standard 80387 floating point constant
1977 @end table
1978
1979 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1980 @table @code
1981 @item a
1982 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1983
1984 @item b
1985 Branch register
1986
1987 @item c
1988 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1989
1990 @item d
1991 Application register residing in M-unit
1992
1993 @item e
1994 Application register residing in I-unit
1995
1996 @item f
1997 Floating-point register
1998
1999 @item m
2000 Memory operand.
2001 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2002 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2003 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2004
2005 @item G
2006 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2007
2008 @item I
2009 14-bit signed integer constant
2010
2011 @item J
2012 22-bit signed integer constant
2013
2014 @item K
2015 8-bit signed integer constant for logical instructions
2016
2017 @item L
2018 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2019
2020 @item M
2021 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2022
2023 @item N
2024 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2025
2026 @item O
2027 The constant zero
2028
2029 @item P
2030 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2031
2032 @item Q
2033 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2034
2035 @item R
2036 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2037
2038 @item S
2039 Memory operand except postincrement and postdecrement
2040 @end table
2041
2042 @item FRV---@file{frv.h}
2043 @table @code
2044 @item a
2045 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2046
2047 @item b
2048 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2049
2050 @item c
2051 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2052 @code{icc0} to @code{icc3}).
2053
2054 @item d
2055 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2056
2057 @item e
2058 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2059 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2060 mode larger than 4 bytes.
2061
2062 @item f
2063 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2064
2065 @item h
2066 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2067 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2068 mode larger than 4 bytes.
2069
2070 @item l
2071 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2072
2073 @item q
2074 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2075 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2076 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2077
2078 @item t
2079 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2080
2081 @item u
2082 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2083
2084 @item v
2085 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2086
2087 @item w
2088 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2089
2090 @item x
2091 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2092 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2093 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2094
2095 @item z
2096 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2097
2098 @item A
2099 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2100
2101 @item B
2102 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2103
2104 @item C
2105 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2106
2107 @item G
2108 Floating point constant zero
2109
2110 @item I
2111 6-bit signed integer constant
2112
2113 @item J
2114 10-bit signed integer constant
2115
2116 @item L
2117 16-bit signed integer constant
2118
2119 @item M
2120 16-bit unsigned integer constant
2121
2122 @item N
2123 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2124 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2125
2126 @item O
2127 Constant zero
2128
2129 @item P
2130 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2131 range of 1 to 2047.
2132
2133 @end table
2134
2135 @item Blackfin family---@file{bfin.h}
2136 @table @code
2137 @item a
2138 P register
2139
2140 @item d
2141 D register
2142
2143 @item z
2144 A call clobbered P register.
2145
2146 @item D
2147 Even-numbered D register
2148
2149 @item W
2150 Odd-numbered D register
2151
2152 @item e
2153 Accumulator register.
2154
2155 @item A
2156 Even-numbered accumulator register.
2157
2158 @item B
2159 Odd-numbered accumulator register.
2160
2161 @item b
2162 I register
2163
2164 @item B
2165 B register
2166
2167 @item f
2168 M register
2169
2170 @item c
2171 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2172
2173 @item C
2174 The CC register.
2175
2176 @item x
2177 Any D, P, B, M, I or L register.
2178
2179 @item y
2180 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2181 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2182
2183 @item w
2184 Any register except accumulators or CC.
2185
2186 @item Ksh
2187 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2188
2189 @item Kuh
2190 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2191
2192 @item Ks7
2193 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2194
2195 @item Ku7
2196 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2197
2198 @item Ku5
2199 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2200
2201 @item Ks4
2202 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2203
2204 @item Ks3
2205 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2206
2207 @item Ku3
2208 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2209
2210 @item P@var{n}
2211 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2212
2213 @item M1
2214 Constant 255.
2215
2216 @item M2
2217 Constant 65535.
2218
2219 @item J
2220 An integer constant with exactly a single bit set.
2221
2222 @item L
2223 An integer constant with all bits set except exactly one.
2224
2225 @item H
2226
2227 @item Q
2228 Any SYMBOL_REF.
2229 @end table
2230
2231 @item M32C---@file{m32c.c}
2232
2233 @item Rsp
2234 @itemx Rfb
2235 @itemx Rsb
2236 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2237
2238 @item Rcr
2239 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2240 registers are 24 bits wide)
2241
2242 @item Rcl
2243 Any control register, when they're 24 bits wide.
2244
2245 @item R0w
2246 @itemx R1w
2247 @itemx R2w
2248 @itemx R3w
2249 $r0, $r1, $r2, $r3.
2250
2251 @item R02
2252 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2253
2254 @item R13
2255 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2256
2257 @item Rdi
2258 A register that can hold a 64 bit value.
2259
2260 @item Rhl
2261 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2262
2263 @item R23
2264 $r2 or $r3
2265
2266 @item Raa
2267 Address registers
2268
2269 @item Raw
2270 Address registers when they're 16 bits wide.
2271
2272 @item Ral
2273 Address registers when they're 24 bits wide.
2274
2275 @item Rqi
2276 Registers that can hold QI values.
2277
2278 @item Rad
2279 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2280
2281 @item Rsi
2282 Registers that can hold 32 bit values.
2283
2284 @item Rhi
2285 Registers that can hold 16 bit values.
2286
2287 @item Rhc
2288 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2289 registers.
2290
2291 @item Rra
2292 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2293
2294 @item Rfl
2295 The flags register.
2296
2297 @item Rmm
2298 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2299
2300 @item Rpi
2301 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2302 bit registers for m32cm, m32c).
2303
2304 @item Rpa
2305 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2306 Used to match function return values.
2307
2308 @item Is3
2309 -8 @dots{} 7
2310
2311 @item IS1
2312 -128 @dots{} 127
2313
2314 @item IS2
2315 -32768 @dots{} 32767
2316
2317 @item IU2
2318 0 @dots{} 65535
2319
2320 @item In4
2321 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2322
2323 @item In5
2324 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2325
2326 @item In4
2327 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2328
2329 @item IM2
2330 -65536 @dots{} -1
2331
2332 @item Ilb
2333 An 8 bit value with exactly one bit set.
2334
2335 @item Ilw
2336 A 16 bit value with exactly one bit set.
2337
2338 @item Sd
2339 The common src/dest memory addressing modes.
2340
2341 @item Sa
2342 Memory addressed using $a0 or $a1.
2343
2344 @item Si
2345 Memory addressed with immediate addresses.
2346
2347 @item Ss
2348 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2349
2350 @item Sf
2351 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2352
2353 @item Ss
2354 Memory addressed using the small base register ($sb).
2355
2356 @item S1
2357 $r1h
2358
2359
2360 @item MIPS---@file{mips.h}
2361 @table @code
2362 @item d
2363 General-purpose integer register
2364
2365 @item f
2366 Floating-point register (if available)
2367
2368 @item h
2369 @samp{Hi} register
2370
2371 @item l
2372 @samp{Lo} register
2373
2374 @item x
2375 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2376
2377 @item y
2378 General-purpose integer register
2379
2380 @item z
2381 Floating-point status register
2382
2383 @item I
2384 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2385
2386 @item J
2387 Zero
2388
2389 @item K
2390 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2391
2392 @item L
2393 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2394
2395 @item M
2396 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2397 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2398
2399 @item N
2400 Negative 16-bit constant
2401
2402 @item O
2403 Exact power of two
2404
2405 @item P
2406 Positive 16-bit constant
2407
2408 @item G
2409 Floating point zero
2410
2411 @item Q
2412 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2413 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2414
2415 @item R
2416 Memory reference that can be loaded with one instruction
2417 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2418
2419 @item S
2420 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2421 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2422 @end table
2423
2424 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2425 @table @code
2426 @item a
2427 Address register
2428
2429 @item d
2430 Data register
2431
2432 @item f
2433 68881 floating-point register, if available
2434
2435 @item I
2436 Integer in the range 1 to 8
2437
2438 @item J
2439 16-bit signed number
2440
2441 @item K
2442 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2443
2444 @item L
2445 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2446
2447 @item M
2448 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2449
2450 @item G
2451 Floating point constant that is not a 68881 constant
2452 @end table
2453
2454 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2455 @table @code
2456 @item a
2457 Register `a'
2458
2459 @item b
2460 Register `b'
2461
2462 @item d
2463 Register `d'
2464
2465 @item q
2466 An 8-bit register
2467
2468 @item t
2469 Temporary soft register _.tmp
2470
2471 @item u
2472 A soft register _.d1 to _.d31
2473
2474 @item w
2475 Stack pointer register
2476
2477 @item x
2478 Register `x'
2479
2480 @item y
2481 Register `y'
2482
2483 @item z
2484 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2485
2486 @item A
2487 An address register: x, y or z
2488
2489 @item B
2490 An address register: x or y
2491
2492 @item D
2493 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2494
2495 @item L
2496 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2497
2498 @item M
2499 Constants whose 16-bit low part is zero
2500
2501 @item N
2502 Constant integer 1 or @minus{}1
2503
2504 @item O
2505 Constant integer 16
2506
2507 @item P
2508 Constants in the range @minus{}8 to 2
2509
2510 @end table
2511
2512 @need 1000
2513 @item SPARC---@file{sparc.h}
2514 @table @code
2515 @item f
2516 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2517 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2518
2519 @item e
2520 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2521 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2522 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2523
2524 @item c
2525 Floating-point condition code register.
2526
2527 @item d
2528 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2529 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2530
2531 @item b
2532 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2533 when the Visual Instruction Set is available.
2534
2535 @item h
2536 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2537
2538 @item I
2539 Signed 13-bit constant
2540
2541 @item J
2542 Zero
2543
2544 @item K
2545 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2546 loaded with the @code{sethi} instruction)
2547
2548 @item L
2549 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2550
2551 @item M
2552 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2553
2554 @item N
2555 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2556 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2557 modes wider than @code{SImode}
2558
2559 @item O
2560 The constant 4096
2561
2562 @item G
2563 Floating-point zero
2564
2565 @item H
2566 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2567
2568 @item Q
2569 Floating-point constant whose integral representation can
2570 be moved into an integer register using a single sethi
2571 instruction
2572
2573 @item R
2574 Floating-point constant whose integral representation can
2575 be moved into an integer register using a single mov
2576 instruction
2577
2578 @item S
2579 Floating-point constant whose integral representation can
2580 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2581 instruction sequence
2582
2583 @item T
2584 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2585
2586 @item U
2587 Even register
2588
2589 @item W
2590 Memory address for @samp{e} constraint registers
2591
2592 @item Y
2593 Vector zero
2594
2595 @end table
2596
2597 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2598 @table @code
2599 @item a
2600 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2601
2602 @item b
2603 Stack pointer register (sp)
2604
2605 @item c
2606 Standard (32-bit) precision integer register
2607
2608 @item f
2609 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2610
2611 @item k
2612 Block count register (bk)
2613
2614 @item q
2615 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2616
2617 @item t
2618 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2619
2620 @item u
2621 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2622
2623 @item v
2624 Repeat count register (rc)
2625
2626 @item x
2627 Index register (ir0-ir1)
2628
2629 @item y
2630 Status (condition code) register (st)
2631
2632 @item z
2633 Data page register (dp)
2634
2635 @item G
2636 Floating-point zero
2637
2638 @item H
2639 Immediate 16-bit floating-point constant
2640
2641 @item I
2642 Signed 16-bit constant
2643
2644 @item J
2645 Signed 8-bit constant
2646
2647 @item K
2648 Signed 5-bit constant
2649
2650 @item L
2651 Unsigned 16-bit constant
2652
2653 @item M
2654 Unsigned 8-bit constant
2655
2656 @item N
2657 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2658
2659 @item O
2660 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2661
2662 @item Q
2663 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2664
2665 @item R
2666 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2667
2668 @item S
2669 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2670
2671 @item T
2672 Direct memory reference
2673
2674 @item U
2675 Symbolic address
2676
2677 @end table
2678
2679 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2680 @table @code
2681 @item a
2682 Address register (general purpose register except r0)
2683
2684 @item c
2685 Condition code register
2686
2687 @item d
2688 Data register (arbitrary general purpose register)
2689
2690 @item f
2691 Floating-point register
2692
2693 @item I
2694 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2695
2696 @item J
2697 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2698
2699 @item K
2700 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2701
2702 @item L
2703 Value appropriate as displacement.
2704 @table @code
2705        @item (0..4095)
2706        for short displacement
2707        @item (-524288..524287)
2708        for long displacement
2709 @end table
2710
2711 @item M
2712 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2713
2714 @item N
2715 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2716 @table @code
2717          @item 0..9:
2718          number of the part counting from most to least significant
2719          @item H,Q:
2720          mode of the part
2721          @item D,S,H:
2722          mode of the containing operand
2723          @item 0,F:
2724          value of the other parts (F---all bits set)
2725 @end table
2726 The constraint matches if the specified part of a constant
2727 has a value different from it's other parts.
2728
2729 @item Q
2730 Memory reference without index register and with short displacement.
2731
2732 @item R
2733 Memory reference with index register and short displacement.
2734
2735 @item S
2736 Memory reference without index register but with long displacement.
2737
2738 @item T
2739 Memory reference with index register and long displacement.
2740
2741 @item U
2742 Pointer with short displacement.
2743
2744 @item W
2745 Pointer with long displacement.
2746
2747 @item Y
2748 Shift count operand.
2749
2750 @end table
2751
2752 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2753 @table @code
2754 @item a
2755 Register r0.
2756
2757 @item b
2758 Register r1.
2759
2760 @item c
2761 Register r2.
2762
2763 @item d
2764 Register r8.
2765
2766 @item e
2767 Registers r0 through r7.
2768
2769 @item t
2770 Registers r0 and r1.
2771
2772 @item y
2773 The carry register.
2774
2775 @item z
2776 Registers r8 and r9.
2777
2778 @item I
2779 A constant between 0 and 3 inclusive.
2780
2781 @item J
2782 A constant that has exactly one bit set.
2783
2784 @item K
2785 A constant that has exactly one bit clear.
2786
2787 @item L
2788 A constant between 0 and 255 inclusive.
2789
2790 @item M
2791 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2792
2793 @item N
2794 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2795
2796 @item O
2797 A constant between 1 and 4 inclusive.
2798
2799 @item P
2800 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2801
2802 @item Q
2803 A memory reference that is a stack push.
2804
2805 @item R
2806 A memory reference that is a stack pop.
2807
2808 @item S
2809 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2810
2811 @item T
2812 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2813
2814 @item U
2815 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2816
2817 @item Z
2818 The constant 0.
2819
2820 @end table
2821
2822 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2823 @table @code
2824 @item a
2825 General-purpose 32-bit register
2826
2827 @item b
2828 One-bit boolean register
2829
2830 @item A
2831 MAC16 40-bit accumulator register
2832
2833 @item I
2834 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2835
2836 @item J
2837 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2838
2839 @item K
2840 Integer constant valid for BccI instructions
2841
2842 @item L
2843 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2844
2845 @end table
2846
2847 @end table
2848
2849 @ifset INTERNALS
2850 @node Standard Names
2851 @section Standard Pattern Names For Generation
2852 @cindex standard pattern names
2853 @cindex pattern names
2854 @cindex names, pattern
2855
2856 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2857 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2858 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2859 pattern to accomplish a certain task.
2860
2861 @table @asis
2862 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2863 @item @samp{mov@var{m}}
2864 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2865 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2866 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2867
2868 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2869 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2870 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2871 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2872 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2873 outside the target word are left unchanged.
2874
2875 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2876 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2877 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2878 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2879 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2880
2881 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2882 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2883 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2884 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2885 into a register.
2886
2887 @findex force_reg
2888 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2889 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2890 registers other than the operands.  For example, if you support the
2891 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2892 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2893 function which might generate new pseudo registers.
2894
2895 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2896 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2897 some temporary registers.
2898
2899 @findex change_address
2900 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2901 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2902 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2903 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2904 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2905 an address into a valid address and no routine (such as
2906 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2907 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2908
2909 @findex reload_in_progress
2910 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2911 declared if required) can be used to determine whether such special
2912 handling is required.
2913
2914 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2915 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2916 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2917 machines explicit memory references will get optional reloads.
2918
2919 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2920 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2921
2922 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2923 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2924 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2925 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2926 them.  @xref{Register Classes}.
2927
2928 @findex no_new_pseudos
2929 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2930 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2931 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2932
2933 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2934 register to any other hard register provided that
2935 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2936 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2937
2938 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2939 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2940 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2941 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2942 point members.
2943
2944 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2945 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2946 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2947 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2948 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2949 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2950 reload into a floating point register.
2951
2952 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2953 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2954 @item @samp{reload_in@var{m}}
2955 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2956 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2957 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2958 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2959 macro in @pxref{Register Classes}.
2960
2961 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2962 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2963 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2964 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2965 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2966 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2967 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2968 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2969 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2970 for these patterns.
2971
2972 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2973 @item @samp{movstrict@var{m}}
2974 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2975 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2976 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2977 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2978
2979 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
2980 @item @samp{movmisalign@var{m}}
2981 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
2982 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
2983 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
2984 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
2985 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
2986
2987 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
2988 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
2989
2990 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2991 @item @samp{load_multiple}
2992 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2993 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2994 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2995 number of consecutive registers.
2996
2997 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2998 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2999 registers from memory is to do them one at a time.
3000
3001 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3002 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3003 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3004 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3005 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3006
3007 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3008 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3009 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3010 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3011 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3012
3013 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3014 @item @samp{store_multiple}
3015 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3016 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3017 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3018 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3019
3020 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3021 @item @samp{vec_set@var{m}}
3022 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3023 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3024
3025 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3026 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3027 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3028 specify field index and operand 0 place to store value into.
3029
3030 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3031 @item @samp{vec_init@var{m}}
3032 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3033 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3034
3035 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3036 @item @samp{push@var{m}1}
3037 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3038 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3039 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3040 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3041 method is deprecated.
3042
3043 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3044 @item @samp{add@var{m}3}
3045 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3046 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3047 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3048
3049 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3050 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3051 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3052 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3053 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3054 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3055 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3056 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3057 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3058 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3059 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3060 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3061 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3062 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3063 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3064 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3065 Similar, for other arithmetic operations.
3066
3067 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3068 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3069 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3070 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3071 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3072 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3073
3074 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3075 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3076 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3077 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3078 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3079 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3080 modes.
3081
3082 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3083 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3084 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3085 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3086 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3087 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3088 modes.
3089
3090 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3091 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3092 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3093 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3094 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3095
3096 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3097 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3098 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3099 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3100 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3101
3102 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3103 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3104 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3105 Whole vector left/right shift in bits.
3106 Operand 1 is a vector to be shifted.
3107 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3108 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3109 The output and input vectors should have the same modes.
3110
3111 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3112 @item @samp{mulhisi3}
3113 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3114 a @code{SImode} product in operand 0.
3115
3116 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3117 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3118 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3119 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3120
3121 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3122 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3123 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3124 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3125 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3126 multiplication.
3127
3128 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3129 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3130 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3131 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3132 The least significant half of the product is discarded.
3133
3134 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3135 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3136 Similar, but the multiplication is unsigned.
3137
3138 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3139 @item @samp{divmod@var{m}4}
3140 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3141 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3142 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3143
3144 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3145 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3146 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3147 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3148 and remainder are computed.
3149
3150 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3151 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3152 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3153 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3154 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3155
3156 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3157 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3158 Similar, but does unsigned division.
3159
3160 @anchor{shift patterns}
3161 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3162 @item @samp{ashl@var{m}3}
3163 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3164 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3165 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3166 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3167 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3168 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3169 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3170
3171 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3172 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3173 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3174 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3175 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3176 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3177 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3178
3179 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3180 @item @samp{neg@var{m}2}
3181 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3182
3183 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3184 @item @samp{abs@var{m}2}
3185 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3186
3187 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3188 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3189 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3190
3191 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3192 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3193 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3194 type @code{float}.
3195
3196 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3197 @item @samp{cos@var{m}2}
3198 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3199
3200 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3201 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3202 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3203 type @code{float}.
3204
3205 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3206 @item @samp{sin@var{m}2}
3207 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3208
3209 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3210 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3211 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3212 type @code{float}.
3213
3214 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3215 @item @samp{exp@var{m}2}
3216 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3217
3218 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3219 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3220 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3221 type @code{float}.
3222
3223 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3224 @item @samp{log@var{m}2}
3225 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3226
3227 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3228 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3229 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3230 type @code{float}.
3231
3232 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3233 @item @samp{pow@var{m}3}
3234 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3235 into operand 0.
3236
3237 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3238 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3239 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3240 type @code{float}.
3241
3242 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3243 @item @samp{atan2@var{m}3}
3244 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3245 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3246 determine the quadrant of the result.
3247
3248 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3249 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3250 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3251 type @code{float}.
3252
3253 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3254 @item @samp{floor@var{m}2}
3255 Store the largest integral value not greater than argument.
3256
3257 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3258 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3259 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3260 type @code{float}.
3261
3262 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3263 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3264 Store the argument rounded to integer towards zero.
3265
3266 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3267 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3268 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3269 type @code{float}.
3270
3271 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3272 @item @samp{round@var{m}2}
3273 Store the argument rounded to integer away from zero.
3274
3275 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3276 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3277 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3278 type @code{float}.
3279
3280 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3281 @item @samp{ceil@var{m}2}
3282 Store the argument rounded to integer away from zero.
3283
3284 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3285 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3286 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3287 type @code{float}.
3288
3289 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3290 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3291 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3292
3293 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3294 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3295 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3296 type @code{float}.
3297
3298 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3299 @item @samp{rint@var{m}2}
3300 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3301 raise the inexact exception when the result differs in value from
3302 the argument
3303
3304 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3305 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3306 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3307 type @code{float}.
3308
3309 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3310 @item @samp{ffs@var{m}2}
3311 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3312 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3313 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3314 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3315 generating the instruction.
3316
3317 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3318 corresponds to the C data type @code{int}.
3319
3320 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3321 @item @samp{clz@var{m}2}
3322 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3323 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3324 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3325 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3326 operand to that mode before generating the instruction.
3327
3328 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3329 @item @samp{ctz@var{m}2}
3330 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3331 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3332 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3333 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3334 operand to that mode before generating the instruction.
3335
3336 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3337 @item @samp{popcount@var{m}2}
3338 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3339 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3340 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3341 generating the instruction.
3342
3343 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3344 @item @samp{parity@var{m}2}
3345 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3346 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3347 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3348 the operand to that mode before generating the instruction.
3349
3350 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3351 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3352 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3353
3354 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3355 @item @samp{cmp@var{m}}
3356 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3357 The RTL pattern should look like this:
3358
3359 @smallexample
3360 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3361                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3362 @end smallexample
3363
3364 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3365 @item @samp{tst@var{m}}
3366 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3367 The RTL pattern should look like this:
3368
3369 @smallexample
3370 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3371 @end smallexample
3372
3373 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3374 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3375 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3376 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3377
3378 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3379 @item @samp{movmem@var{m}}
3380 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3381 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3382 address in mode @code{Pmode}.
3383
3384 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3385 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3386 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3387 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3388 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3389 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3390 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3391
3392 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3393 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3394 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3395 it may provide the value 4 for this operand.
3396
3397 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3398 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3399 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3400 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3401 individually moved data units in the block.
3402
3403 These patterns need not give special consideration to the possibility
3404 that the source and destination strings might overlap.
3405
3406 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3407 @item @samp{movstr}
3408 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3409 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3410 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3411 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3412 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3413 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3414
3415 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3416 @item @samp{setmem@var{m}}
3417 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3418 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3419 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
3420 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
3421 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
3422 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3423
3424 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
3425 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3426 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3427 operand.
3428
3429 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3430
3431 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
3432 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
3433 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3434 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3435 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3436 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3437 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3438 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3439 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3440 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3441 indicates the result of the comparison.
3442
3443 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3444 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3445 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
3446 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
3447 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
3448 @code{Pmode}.
3449
3450 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3451 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3452 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3453 it may provide the value 4 for this operand.
3454
3455 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
3456 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
3457 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
3458 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
3459 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
3460 whose sign indicates the result of the comparison.
3461
3462 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3463 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3464 Block compare instruction, with five operands like the operands
3465 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3466 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3467 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3468 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3469 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3470 comparison.
3471
3472 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3473 @item @samp{strlen@var{m}}
3474 Compute the length of a string, with three operands.
3475 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3476 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3477 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3478 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3479 of the beginning of the string.
3480
3481 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3482 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3483 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3484 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3485 @var{n}).
3486
3487 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3488 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3489 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3490 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3491 @var{n}).
3492
3493 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3494 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3495 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3496 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3497 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3498 the value of operand 1 is an integer.
3499
3500 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3501 define the @code{ftrunc} pattern.
3502
3503 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3504 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3505 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3506 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3507 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3508 value of operand 1 is an integer.
3509
3510 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3511 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3512 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3513 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3514 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3515
3516 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3517 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3518 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3519 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3520
3521 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3522 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3523 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3524 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3525
3526 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3527 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3528 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3529 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3530 point or both floating point.
3531
3532 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3533 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3534 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3535 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3536 point or both floating point.
3537
3538 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3539 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3540 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3541 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3542 point.
3543
3544 @cindex @code{extv} instruction pattern
3545 @item @samp{extv}
3546 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3547 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3548 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3549 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3550 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3551 be valid for @code{word_mode}.
3552
3553 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3554 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
3555
3556 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3557 before it is stored in operand 0.
3558
3559 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3560 @item @samp{extzv}
3561 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3562
3563 @cindex @code{insv} instruction pattern
3564 @item @samp{insv}
3565 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3566 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3567 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3568 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3569 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3570
3571 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3572 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
3573
3574 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3575 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3576 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3577 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3578 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3579
3580 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3581 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3582 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3583 codes and vice versa.
3584
3585 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3586 define these patterns.
3587
3588 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3589 @item @samp{add@var{mode}cc}
3590 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3591 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3592 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3593 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3594
3595 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3596 @item @samp{s@var{cond}}
3597 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3598 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3599 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3600 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3601
3602 You specify the mode that the operand must have when you write the
3603 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3604 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3605
3606 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3607 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3608 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3609 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3610 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3611 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3612 should omit those operations from the machine description.
3613
3614 These operations may fail, but should do so only in relatively
3615 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3616 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3617
3618 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3619 that copies the constant one to the target and branches around an
3620 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3621 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3622 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3623 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3624 the machine description.
3625
3626 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3627 @item @samp{b@var{cond}}
3628 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3629 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3630 condition @var{cond}.
3631
3632 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3633 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3634 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3635 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3636 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3637 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3638 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3639 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3640
3641 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3642 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3643 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3644
3645 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3646 @samp{s@var{cond}} patterns.
3647
3648 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3649 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3650 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3651 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3652 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3653 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3654
3655 @cindex @code{jump} instruction pattern
3656 @item @samp{jump}
3657 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3658 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3659 on all machines.
3660
3661 @cindex @code{call} instruction pattern
3662 @item @samp{call}
3663 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3664 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3665 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3666 operands.
3667
3668 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3669 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3670 to put this information into the assembler code; they can put it in
3671 the RTL instead of operand 1.
3672
3673 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3674 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3675 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3676 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3677 instruction, the pattern for this operation should be a
3678 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3679 address into a register and uses that register in the call instruction.
3680
3681 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3682 @item @samp{call_value}
3683 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3684 register in which the value is returned.  There are three more
3685 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3686 instruction (but with numbers increased by one).
3687
3688 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3689 insn.
3690
3691 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3692 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3693 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3694 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3695 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3696 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3697 adjustment made to the frame pointer.
3698
3699 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3700 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3701 can be eliminated, if desired.
3702
3703 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3704 @item @samp{untyped_call}
3705 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3706 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3707 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3708 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3709 the saving of a function return value into the result block.
3710
3711 This instruction pattern should be defined to support
3712 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3713 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3714 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3715 multiple registers that can hold a return value
3716 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3717
3718 @cindex @code{return} instruction pattern
3719 @item @samp{return}
3720 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3721 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3722 from a function.
3723
3724 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3725 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3726 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3727 some class of functions only requires one instruction to implement a
3728 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3729 to save any registers or allocate stack space.
3730
3731 @findex reload_completed
3732 @findex leaf_function_p
3733 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3734 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3735 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3736 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3737 a register window push is required.
3738
3739 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3740 such as
3741
3742 @smallexample
3743 (define_insn ""
3744   [(set (pc)
3745         (if_then_else (match_operator
3746                          0 "comparison_operator"
3747                          [(cc0) (const_int 0)])
3748                       (return)
3749                       (pc)))]
3750   "@var{condition}"
3751   "@dots{}")
3752 @end smallexample
3753
3754 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3755 named @samp{return} pattern.
3756
3757 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3758 @item @samp{untyped_return}
3759 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3760 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3761 instructions are needed to return a value of any type.
3762
3763 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3764 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3765 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3766 the restoring of a function return value from the result block.
3767
3768 @cindex @code{nop} instruction pattern
3769 @item @samp{nop}
3770 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3771 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3772 RTL pattern.
3773
3774 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3775 @item @samp{indirect_jump}
3776 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3777 This pattern name is mandatory on all machines.
3778
3779 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3780 @item @samp{casesi}
3781 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3782 This instruction takes five operands:
3783
3784 @enumerate
3785 @item
3786 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3787
3788 @item
3789 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3790
3791 @item
3792 The total range of indices in the table---the largest index
3793 minus the smallest one (both inclusive).
3794
3795 @item
3796 A label that precedes the table itself.
3797
3798 @item
3799 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3800 @end enumerate
3801
3802 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3803 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3804 difference between the upper bound and the lower bound.
3805
3806 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3807 @item @samp{tablejump}
3808 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3809 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3810 is no @samp{casesi} pattern.
3811
3812 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3813 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3814 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3815 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3816 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3817 mode @code{Pmode}.
3818
3819 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3820 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3821 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3822 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3823
3824
3825 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3826 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3827 Conditional branch instruction that decrements a register and
3828 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3829 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3830 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3831
3832 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3833 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3834 reduction is enabled.
3835
3836 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3837 @item @samp{doloop_end}
3838 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3839 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3840 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3841 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3842 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3843 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3844 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3845 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3846 @xref{Looping Patterns}.
3847
3848 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3849 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3850 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3851 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3852 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3853 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3854 too large for this instruction, make it fail.
3855
3856 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3857 @item @samp{doloop_begin}
3858 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3859 need to perform some initialization, such as loading special registers
3860 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3861 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3862 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3863
3864
3865 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3866 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3867 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3868 into operand 0.
3869
3870 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3871 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3872 and also has mode @code{Pmode}.
3873
3874 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3875 the address of the function which would be called if the function
3876 pointer were used in an indirect call.
3877
3878 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3879 can have different values but still call the same function when
3880 used in an indirect call.
3881
3882 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3883 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3884 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3885 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3886 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3887 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3888 @item @samp{save_stack_block}
3889 @itemx @samp{save_stack_function}
3890 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3891 @itemx @samp{restore_stack_block}
3892 @itemx @samp{restore_stack_function}
3893 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3894 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3895 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3896 such machines.
3897
3898 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3899 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3900 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3901 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3902 saves and restores are:
3903
3904 @enumerate
3905 @item
3906 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3907 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3908 restores the stack pointer when the block is exited.
3909
3910 @item
3911 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3912 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3913 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3914 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3915 restore sequence on some machines.
3916
3917 @item
3918 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3919 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3920 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3921 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3922 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3923 and restoring additional data such as register window information or
3924 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3925 such required data.
3926 @end enumerate
3927
3928 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3929 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3930 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3931 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3932 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3933 for a particular type of save (either because no save is needed or
3934 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3935 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3936 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3937 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3938
3939 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3940 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3941 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3942
3943 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3944 @item @samp{allocate_stack}
3945 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3946 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3947
3948 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3949 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3950 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3951 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3952 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3953 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3954 stack is free.
3955
3956 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3957 Some machines require other operations such as stack probes or
3958 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3959 operations in addition to updating the stack pointer.
3960
3961 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3962 @item @samp{check_stack}
3963 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3964 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3965 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3966 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3967 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3968 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3969 limit from a global or thread-specific variable or register.
3970
3971 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3972 @item @samp{nonlocal_goto}
3973 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3974 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3975 each representing a value to be used in the jump.  The first
3976 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3977 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3978 the third is the address of a location where the stack is saved,
3979 and the last is the address of the label, to be placed in the
3980 location for the incoming static chain.
3981
3982 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3983 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3984 and static chain, restore the stack (using the
3985 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3986 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3987 not work on your machine.
3988
3989 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3990 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3991 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3992 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3993 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3994 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3995 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3996 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3997 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3998 There are no arguments.
3999
4000 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4001 @item @samp{exception_receiver}
4002 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4003 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4004 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4005 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4006 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4007 an exception.  There are no arguments.
4008
4009 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4010 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4011 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4012 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4013 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4014 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4015 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4016 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4017 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4018 the first three are normally used by the generic mechanism.
4019
4020 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4021 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4022 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4023 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4024 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4025 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4026 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4027 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4028 at a small offset from that label.
4029
4030 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4031 @item @samp{builtin_longjmp}
4032 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4033 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4034 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4035 @code{jmp_buf}.
4036
4037 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4038 @item @samp{eh_return}
4039 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4040 and thence the call frame exception handling library routines, are
4041 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4042 the abnormal return path.
4043
4044 The address of the exception handler to which the function should return
4045 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4046 the pattern to some special register or memory location.
4047 If the pattern needs to determine the location of the target call
4048 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4049 if defined; it will have already been assigned.
4050
4051 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4052 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4053 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4054 handling is to be used.
4055
4056 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4057 @anchor{prologue instruction pattern}
4058 @item @samp{prologue}
4059 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4060 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4061 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4062
4063 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4064 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4065
4066 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4067 instruction scheduling.
4068
4069 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4070 @anchor{epilogue instruction pattern}
4071 @item @samp{epilogue}
4072 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4073 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4074 registers and emitting the return instruction.
4075
4076 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4077 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4078
4079 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4080 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4081
4082 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4083 @item @samp{sibcall_epilogue}
4084 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4085 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4086 sibling call (aka tail call) sites.
4087
4088 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4089 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4090 function.
4091
4092 @cindex @code{trap} instruction pattern
4093 @item @samp{trap}
4094 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4095 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4096 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4097
4098 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4099 @item @samp{conditional_trap}
4100 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4101 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4102
4103 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4104
4105 @smallexample
4106 (define_insn "conditional_trap"
4107   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4108              [(cc0) (const_int 0)])
4109             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4110   ""
4111   "@dots{}")
4112 @end smallexample
4113
4114 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4115 @item @samp{prefetch}
4116
4117 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4118 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4119 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4120 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4121 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4122 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4123 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4124 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4125 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4126
4127 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4128 the values of operands 1 and 2.
4129
4130 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4131 @item @samp{memory_barrier}
4132
4133 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4134 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4135 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4136 This pattern has no operands.
4137
4138 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4139 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4140
4141 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4142 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4143 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4144 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4145 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4146 of the operation; it should contain the contents of the memory
4147 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4148 a copy of operand 2.
4149
4150 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4151
4152 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4153 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4154 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4155 after the atomic operation.
4156
4157 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4158 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4159
4160 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4161 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4162 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4163 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4164
4165 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4166 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4167 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4168 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4169 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4170
4171 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4172 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4173 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4174 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4175 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4176 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4177 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4178 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4179 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4180
4181 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4182 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4183 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4184
4185 The ``nand'' operation is @code{op0 & ~op1}.
4186
4187 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4188 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4189 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4190 after the atomic operation.
4191
4192 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4193 from a compare-and-swap operation, if defined.
4194
4195 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4196 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4197 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4198 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4199 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4200 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4201 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4202 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4203 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4204
4205 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4206 and return the value that the memory contained before the operation.
4207 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4208 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4209 to the binary operator.
4210
4211 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4212 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4213 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4214 after the atomic operation.
4215
4216 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4217 from a compare-and-swap operation, if defined.
4218
4219 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4220 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4221 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4222 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4223 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4224 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4225 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4226 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4227 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4228
4229 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4230 except that they return the value that exists in the memory location
4231 after the operation, rather than before the operation.
4232
4233 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4234 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4235
4236 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4237 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4238 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4239 is the value to set in the lock.
4240
4241 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4242 which the previous value in memory operand is copied into the result
4243 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4244
4245 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4246 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4247 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4248 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4249 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4250
4251 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4252 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4253 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4254
4255 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4256 a compare-and-swap operation, if defined.
4257
4258 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4259 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4260
4261 This pattern, if defined, releases a lock set by
4262 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4263 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4264
4265 If the target doesn't implement full semantics for
4266 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4267 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4268 of the memory operand are implementation defined.
4269
4270 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4271 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4272 released only after all previous memory operations have completed.
4273
4274 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4275 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4276
4277 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4278 @item @samp{stack_protect_set}
4279
4280 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4281 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4282 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4283 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4284 having clobbered it.
4285
4286 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4287
4288 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4289 @item @samp{stack_protect_test}
4290
4291 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4292 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4293 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4294 weren't equal.
4295
4296 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4297 conditional branch pattern is used.
4298
4299 @end table
4300
4301 @end ifset
4302 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4303 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4304 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4305 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4306 @ifset INTERNALS
4307 @node Pattern Ordering
4308 @section When the Order of Patterns Matters
4309 @cindex Pattern Ordering
4310 @cindex Ordering of Patterns
4311
4312 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4313 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4314 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4315 and faster instructions (those that will produce better code when they
4316 do match) should usually go first in the description.
4317
4318 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4319 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4320 instruction for converting a fullword to floating point and another
4321 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4322 an integer to floating point could match either one.  We put the
4323 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4324 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4325 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4326 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4327 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4328 constant value.
4329
4330 @end ifset
4331 @ifset INTERNALS
4332 @node Dependent Patterns
4333 @section Interdependence of Patterns
4334 @cindex Dependent Patterns
4335 @cindex Interdependence of Patterns
4336
4337 Every machine description must have a named pattern for each of the
4338 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4339 must always have the form
4340
4341 @smallexample
4342 (set (pc)
4343      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4344                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4345                    (pc)))
4346 @end smallexample
4347
4348 @noindent
4349 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4350 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4351 look like
4352
4353 @smallexample
4354 (set (pc)
4355      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4356                    (pc)
4357                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4358 @end smallexample
4359
4360 @noindent
4361 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4362 branches into reverse-conditional branches.
4363
4364 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4365 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4366 example,
4367
4368 @smallexample
4369 (define_insn ""
4370   [(set (pc)
4371         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4372                                       [(cc0) (const_int 0)])
4373                       (pc)
4374                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4375   "@var{condition}"
4376   "@dots{}")
4377 @end smallexample
4378
4379 In some cases machines support instructions identical except for the
4380 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4381 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4382 patterns are
4383
4384 @smallexample
4385 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4386      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4387
4388 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4389      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4390 @end smallexample
4391
4392 @noindent
4393 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4394 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4395 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4396 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4397 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4398 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4399
4400 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4401 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4402 compilations.
4403
4404 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4405 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4406 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4407 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4408 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4409 that supports register-register add insns by examining the operands and
4410 generating the appropriate machine instruction.
4411
4412 @end ifset
4413 @ifset INTERNALS
4414 @node Jump Patterns
4415 @section Defining Jump Instruction Patterns
4416 @cindex jump instruction patterns
4417 @cindex defining jump instruction patterns
4418
4419 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
4420 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
4421 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
4422 insn tests the condition code and branches or not according its value.
4423 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
4424 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
4425 way.
4426
4427 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
4428 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
4429 these machines is to treat them just like the others until the final stage
4430 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
4431 compare instruction, peek ahead at the following branch using
4432 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
4433 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
4434 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
4435 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
4436 can treat signed and unsigned branches identically.
4437
4438 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
4439 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
4440 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
4441 until the end.
4442
4443 To go with this technique, you must define the machine-description macro
4444 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
4445 compare instruction is superfluous.
4446
4447 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
4448 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
4449 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
4450 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
4451 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
4452
4453 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
4454 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
4455 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4456 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4457 above in addition to any special patterns you define.
4458
4459 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4460 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4461 these machines, the restriction that the definition and use of the
4462 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4463 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4464 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4465 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4466 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4467 separate the definition and use of the condition code register.
4468
4469 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4470 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4471 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4472 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4473 multiple condition registers, use a pseudo register.
4474
4475 @findex prev_cc0_setter
4476 @findex next_cc0_user
4477 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4478 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4479 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4480 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4481 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4482 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4483 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4484 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4485 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4486 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4487 and @code{next_cc0_user}.
4488
4489 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4490 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4491 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4492 we use the machine mode of the condition code register to record
4493 different formats of the condition code register.
4494
4495 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4496 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4497 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4498 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
4499 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
4500 a mode given an operand of a compare.
4501
4502 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4503 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4504 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4505 be specified at that time.
4506
4507 If the cases that require different modes would be made by instruction
4508 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4509 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4510 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4511 discussed above, we have the pattern
4512
4513 @smallexample
4514 (define_insn ""
4515   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4516         (compare:CC_NOOV
4517           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4518                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4519           (const_int 0)))]
4520   ""
4521   "@dots{}")
4522 @end smallexample
4523
4524 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4525 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4526
4527 @end ifset
4528 @ifset INTERNALS
4529 @node Looping Patterns
4530 @section Defining Looping Instruction Patterns
4531 @cindex looping instruction patterns
4532 @cindex defining looping instruction patterns
4533
4534 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4535 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4536 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4537 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4538 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4539 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4540 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4541 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4542 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4543 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4544 the jump.
4545
4546 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4547 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4548 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4549 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4550 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4551 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4552 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4553 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4554 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4555 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4556 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4557 following for its @code{dbra} instruction:
4558
4559 @smallexample
4560 @group
4561 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4562   [(set (pc)
4563         (if_then_else
4564           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4565                        (const_int -1))
4566               (const_int 0))
4567           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4568           (pc)))
4569    (set (match_dup 0)
4570         (plus:SI (match_dup 0)
4571                  (const_int -1)))]
4572   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4573   "@dots{}")
4574 @end group
4575 @end smallexample
4576
4577 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4578 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4579 since this insn is generated by the instruction combination phase
4580 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4581 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4582 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4583 pattern will not be matched by the combiner.
4584
4585 @smallexample
4586 @group
4587 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4588   [(set (pc)
4589         (if_then_else
4590           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4591               (const_int 1))
4592           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4593           (pc)))
4594    (set (match_dup 0)
4595         (plus:SI (match_dup 0)
4596                  (const_int -1)))]
4597   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4598   "@dots{}")
4599 @end group
4600 @end smallexample
4601
4602 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4603 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4604 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4605 information collected during strength reduction.
4606
4607 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4608 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4609 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4610 needed for some low-overhead looping instructions.
4611
4612 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4613 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4614 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4615 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4616 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4617 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4618 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4619 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4620 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4621 desired special iteration counter register was not allocated, this
4622 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4623 instruction pair.
4624
4625 The essential difference between the
4626 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4627 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4628 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4629 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4630 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4631 may become redundant and removed by the flow pass.
4632
4633
4634 @end ifset
4635 @ifset INTERNALS
4636 @node Insn Canonicalizations
4637 @section Canonicalization of Instructions
4638 @cindex canonicalization of instructions
4639 @cindex insn canonicalization
4640
4641 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4642 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4643 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4644 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4645 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4646 number of insn patterns required.
4647
4648 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4649 are performed:
4650
4651 @itemize @bullet
4652 @item
4653 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4654 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4655 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4656 be supplied.
4657
4658 @item
4659 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4660 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4661 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4662 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4663 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4664 floating-point.
4665
4666 @item
4667 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4668 @cindex @code{not}, canonicalization of
4669 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4670 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4671 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4672 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4673 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4674 first operand.
4675
4676 @item
4677 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4678 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4679 the operations as far as possible.  For instance,
4680 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4681 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4682 @code{(minus A (mult B C))}.
4683
4684 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4685 @item
4686 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4687 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4688 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4689 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4690 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4691 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4692 such an instruction.
4693
4694 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4695 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4696 above.
4697
4698 @item
4699 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4700 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4701
4702 @item
4703 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4704 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4705
4706 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4707 @cindex @code{and}, canonicalization of
4708 @cindex De Morgan's law
4709 @item
4710 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4711 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4712 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4713
4714 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4715 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4716 for that instruction as
4717
4718 @smallexample
4719 (define_insn ""
4720   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4721         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4722                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4723   "@dots{}"
4724   "@dots{}")
4725 @end smallexample
4726
4727 @noindent
4728 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4729
4730 @smallexample
4731 (define_insn ""
4732   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4733         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4734                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4735   "@dots{}"
4736   "@dots{}")
4737 @end smallexample
4738
4739 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4740 logically equivalent RTL expressions.
4741
4742 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4743 @item
4744 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4745 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4746 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4747
4748 @item
4749 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4750 the form
4751
4752 @smallexample
4753 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4754 @end smallexample
4755
4756 @item
4757 On machines that do not use @code{cc0},
4758 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4759 @var{x}.
4760
4761 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4762 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4763 @item
4764 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4765 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4766 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4767
4768 @end itemize
4769
4770 @end ifset
4771 @ifset INTERNALS
4772 @node Expander Definitions
4773 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4774 @cindex expander definitions
4775 @cindex code generation RTL sequences
4776 @cindex defining RTL sequences for code generation
4777
4778 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4779 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4780 represent them.  For these target machines, you can write a
4781 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4782
4783 @findex define_expand
4784 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4785 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4786 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4787
4788 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4789
4790 @itemize @bullet
4791 @item
4792 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4793 use for it is to refer to it by name.
4794
4795 @item
4796 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4797 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4798 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4799
4800 @item
4801 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4802 used to express how the availability of this pattern depends on
4803 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4804 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4805 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4806 depend on the data in the insn being matched, but only the
4807 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4808 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4809 are available in a particular run.
4810
4811 @item
4812 The preparation statements, a string containing zero or more C
4813 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4814 the RTL template.
4815
4816 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4817 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4818 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4819 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4820 @end itemize
4821
4822 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4823 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4824 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4825 it.
4826
4827 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4828 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4829 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4830
4831 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4832 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4833 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4834 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4835 information to preload the operand into a register if that is required for
4836 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4837 references should use @code{match_dup}.
4838
4839 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4840 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4841 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4842 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4843 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4844 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4845 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4846 compute the values and store them into the appropriate elements of
4847 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4848
4849 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4850 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4851 as a statement.
4852
4853 @table @code
4854
4855 @findex DONE
4856 @item DONE
4857 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4858 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4859 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4860 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4861
4862 @findex FAIL
4863 @item FAIL
4864 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4865 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4866 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4867
4868 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4869 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4870 operations.
4871 @end table
4872
4873 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4874 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4875 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4876 insn.
4877
4878 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4879 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4880 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4881 list of operands, such as this example:
4882
4883 @smallexample
4884 @group
4885 (define_expand "addsi3"
4886   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4887    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4888    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4889 @end group
4890 @group
4891   ""
4892   "
4893 @{
4894   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4895   DONE;
4896 @}")
4897 @end group
4898 @end smallexample
4899
4900 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4901
4902 @smallexample
4903 @group
4904 (define_expand "ashlsi3"
4905   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4906         (ashift:SI
4907 @end group
4908 @group
4909           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4910           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4911   ""
4912   "
4913 @end group
4914 @end smallexample
4915
4916 @smallexample
4917 @group
4918 @{
4919   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4920       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4921     FAIL;
4922 @}")
4923 @end group
4924 @end smallexample
4925
4926 @noindent
4927 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4928 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4929 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4930 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4931 library call).
4932
4933 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4934 patterns with names, then it would be possible to use a
4935 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4936 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4937
4938 @smallexample
4939 (define_expand "zero_extendhisi2"
4940   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4941         (const_int 0))
4942    (set (strict_low_part
4943           (subreg:HI
4944             (match_dup 0)
4945             0))
4946         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4947   ""
4948   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4949 @end smallexample
4950
4951 @noindent
4952 @findex make_safe_from
4953 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4954 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4955 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4956 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4957 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4958 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4959 by emitting another RTL insn.
4960
4961 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4962 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4963 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4964 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4965 on this machine.  So it must be copied into a register with
4966 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4967
4968 @smallexample
4969 (define_expand "zero_extendhisi2"
4970   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4971         (and:SI (subreg:SI
4972                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4973                   0)
4974                 (match_dup 2)))]
4975   ""
4976   "operands[2]
4977      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4978 @end smallexample
4979
4980 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4981 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4982 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4983 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4984 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4985 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4986 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4987 in the compiler.
4988
4989 @end ifset
4990 @ifset INTERNALS
4991 @node Insn Splitting
4992 @section Defining How to Split Instructions
4993 @cindex insn splitting
4994 @cindex instruction splitting
4995 @cindex splitting instructions
4996
4997 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4998 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4999 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5000 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5001 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5002 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5003 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5004 cannot be placed into a delay slot.
5005
5006 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5007 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5008 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5009 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5010 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5011 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5012 scheduling.
5013
5014 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5015 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5016 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5017 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5018 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5019 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5020 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5021 split the addition into two insns is machine-dependent.
5022
5023 @findex define_split
5024 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5025 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5026
5027 @smallexample
5028 (define_split
5029   [@var{insn-pattern}]
5030   "@var{condition}"
5031   [@var{new-insn-pattern-1}
5032    @var{new-insn-pattern-2}
5033    @dots{}]
5034   "@var{preparation-statements}")
5035 @end smallexample
5036
5037 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5038 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5039 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5040 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5041 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5042 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5043
5044 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5045 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5046 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5047 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5048 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5049 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5050 must not allocate any space in the stack frame.
5051
5052 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5053 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5054 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5055 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5056 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5057 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5058 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5059 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5060 of those definitions.
5061
5062 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5063 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5064 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5065
5066 @smallexample
5067 (define_split
5068   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5069         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5070   ""
5071   [(set (match_dup 0)
5072         (ashift:SI (match_dup 1)
5073                    (const_int 16)))
5074    (set (match_dup 0)
5075         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5076                      (const_int 16)))]
5077   "
5078 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5079 @end smallexample
5080
5081 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5082 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5083 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5084 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5085 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5086 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5087 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5088 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5089 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5090 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5091
5092 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5093 @file{rs6000.md}:
5094
5095 @smallexample
5096 (define_split
5097   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5098         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5099                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5100   ""
5101   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5102    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5103 "
5104 @{
5105   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5106   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5107
5108   if (low & 0x8000)
5109     high++, low |= 0xffff0000;
5110
5111   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5112   operands[4] = GEN_INT (low);
5113 @}")
5114 @end smallexample
5115
5116 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5117 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5118 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5119 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5120
5121 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5122 an equality comparison of a register and a large constant:
5123
5124 @smallexample
5125 (define_split
5126   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5127         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5128                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5129    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5130   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5131    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5132        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5133   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5134    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5135   "
5136 @{
5137   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5138      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5139      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5140
5141   int c = INTVAL (operands[2]);
5142   int sextc = (c << 16) >> 16;
5143   int xorv = c ^ sextc;
5144
5145   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5146   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5147 @}")
5148 @end smallexample
5149
5150 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5151 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5152 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5153 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5154 are not valid.
5155
5156 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5157 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5158 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5159 several restriction apply.
5160
5161 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5162 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5163 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5164 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5165 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5166 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5167 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5168 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5169 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5170 forward jumps to the newly created labels.
5171
5172 @findex define_insn_and_split
5173 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5174 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5175 this:
5176
5177 @smallexample
5178 (define_insn_and_split
5179   [@var{insn-pattern}]
5180   "@var{condition}"
5181   "@var{output-template}"
5182   "@var{split-condition}"
5183   [@var{new-insn-pattern-1}
5184    @var{new-insn-pattern-2}
5185    @dots{}]
5186   "@var{preparation-statements}"
5187   [@var{insn-attributes}])
5188
5189 @end smallexample
5190
5191 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5192 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5193 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5194 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5195 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5196 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5197 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5198 from i386.md:
5199
5200 @smallexample
5201 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5202   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5203      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5204    (clobber (reg:CC 17))]
5205   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5206   "#"
5207   "&& reload_completed"
5208   [(parallel [(set (match_dup 0)
5209                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5210               (clobber (reg:CC 17))])]
5211   ""
5212   [(set_attr "type" "alu1")])
5213
5214 @end smallexample
5215
5216 In this case, the actual split condition will be
5217 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5218
5219 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5220 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5221 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5222 having to ensure the two patterns' templates match.
5223
5224 @end ifset
5225 @ifset INTERNALS
5226 @node Including Patterns
5227 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5228 @cindex insn includes
5229
5230 @findex include
5231 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5232 look for patterns that are in files other than in the file
5233 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5234
5235 It looks like:
5236
5237 @smallexample
5238
5239 (include
5240   @var{pathname})
5241 @end smallexample
5242
5243 For example:
5244
5245 @smallexample
5246
5247 (include "filestuff")
5248
5249 @end smallexample
5250
5251 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5252 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5253 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5254
5255
5256 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5257 and placed into subdirectories.
5258
5259 By specifying:
5260
5261 @smallexample
5262
5263 (include "BOGUS/filestuff")
5264
5265 @end smallexample
5266
5267 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5268
5269 Specifying an absolute path for the include file such as;
5270 @smallexample
5271
5272 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5273
5274 @end smallexample
5275 is permitted but is not encouraged.
5276
5277 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5278 @cindex directory options .md
5279 @cindex options, directory search
5280 @cindex search options
5281
5282 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5283 For example:
5284
5285 @smallexample
5286
5287 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5288
5289 @end smallexample
5290
5291
5292 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5293 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5294 file, substituting your own version, since these directories are
5295 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5296 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5297 order; the standard default directory come after.
5298
5299
5300 @end ifset
5301 @ifset INTERNALS
5302 @node Peephole Definitions
5303 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5304 @cindex peephole optimizer definitions
5305 @cindex defining peephole optimizers
5306
5307 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5308 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5309
5310 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5311 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5312 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5313 though the second one does not appear to use a register computed in the
5314 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5315 opportunities.
5316
5317 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5318 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5319 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5320 is deprecated.
5321
5322 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5323 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5324 but before scheduling, which may result in much better code for
5325 targets that do scheduling.
5326
5327 @menu
5328 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5329 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5330 @end menu
5331
5332 @end ifset
5333 @ifset INTERNALS
5334 @node define_peephole
5335 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5336 @findex define_peephole
5337
5338 @need 1000
5339 A definition looks like this:
5340
5341 @smallexample
5342 (define_peephole
5343   [@var{insn-pattern-1}
5344    @var{insn-pattern-2}
5345    @dots{}]
5346   "@var{condition}"
5347   "@var{template}"
5348   "@var{optional-insn-attributes}")
5349 @end smallexample
5350
5351 @noindent
5352 The last string operand may be omitted if you are not using any
5353 machine-specific information in this machine description.  If present,
5354 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5355
5356 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5357 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5358 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5359 the next, and so on.
5360
5361 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5362 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5363 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5364 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5365 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5366 stages.
5367
5368 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5369 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5370 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5371 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5372 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5373 other.
5374
5375 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5376 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5377 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5378 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5379 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5380
5381 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5382 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5383 previously tested.
5384
5385 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5386 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5387 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5388 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5389 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5390 patterns.
5391
5392 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5393 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5394 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5395 the operands.
5396
5397 @findex prev_active_insn
5398 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5399 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5400 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5401 to refer to the last of the insns being matched; use
5402 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5403
5404 @findex dead_or_set_p
5405 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5406 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5407 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5408 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5409 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5410 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5411 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5412
5413 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
5414 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
5415 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
5416 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
5417 used in matching the original sequence of insns.
5418
5419 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
5420 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
5421 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
5422 as the insn pattern to control how the insn is output.
5423
5424 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
5425 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
5426
5427 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
5428
5429 @smallexample
5430 (define_peephole
5431   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
5432    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
5433         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
5434   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
5435 @{
5436   rtx xoperands[2];
5437   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
5438 #ifdef MOTOROLA
5439   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
5440   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
5441   return "fmove.d (sp)+,%0";
5442 #else
5443   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
5444   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
5445   return "fmoved sp@@+,%0";
5446 #endif
5447 @})
5448 @end smallexample
5449
5450 @need 1000
5451 The effect of this optimization is to change
5452
5453 @smallexample
5454 @group
5455 jbsr _foobar
5456 addql #4,sp
5457 movel d1,sp@@-
5458 movel d0,sp@@-
5459 fmoved sp@@+,fp0
5460 @end group
5461 @end smallexample
5462
5463 @noindent
5464 into
5465
5466 @smallexample
5467 @group
5468 jbsr _foobar
5469 movel d1,sp@@
5470 movel d0,sp@@-
5471 fmoved sp@@+,fp0
5472 @end group
5473 @end smallexample
5474
5475 @ignore
5476 @findex CC_REVERSED
5477 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5478 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5479 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5480 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5481 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5482 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5483 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5484 and in this C code check the condition code status flags and change the
5485 assembler code as appropriate.
5486 @end ignore
5487
5488 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5489 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5490 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5491 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5492 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5493 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5494 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5495 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5496 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5497
5498 @smallexample
5499 (define_insn "divmodsi4"
5500   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5501         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5502                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5503    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5504         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5505   "TARGET_68020"
5506   "divsl%.l %2,%3:%0")
5507 @end smallexample
5508
5509 @noindent
5510 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5511
5512 @smallexample
5513 (define_peephole
5514   [@dots{}
5515    (parallel
5516     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5517           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5518                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5519      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5520           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5521    @dots{}]
5522   @dots{})
5523 @end smallexample
5524
5525 @end ifset
5526 @ifset INTERNALS
5527 @node define_peephole2
5528 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5529 @findex define_peephole2
5530
5531 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5532 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5533 what additional scratch registers may be needed and what their
5534 lifetimes must be.
5535
5536 @smallexample
5537 (define_peephole2
5538   [@var{insn-pattern-1}
5539    @var{insn-pattern-2}
5540    @dots{}]
5541   "@var{condition}"
5542   [@var{new-insn-pattern-1}
5543    @var{new-insn-pattern-2}
5544    @dots{}]
5545   "@var{preparation-statements}")
5546 @end smallexample
5547
5548 The definition is almost identical to @code{define_split}
5549 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5550 single instruction, but a sequence of instructions.
5551
5552 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5553 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5554 will simply not match.
5555
5556 @findex match_scratch
5557 @findex match_dup
5558 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5559 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5560 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5561 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5562 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5563 at which the register must be available.
5564
5565 Here is an example from the IA-32 machine description:
5566
5567 @smallexample
5568 (define_peephole2
5569   [(match_scratch:SI 2 "r")
5570    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5571                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5572                      [(match_dup 0)
5573                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5574               (clobber (reg:CC 17))])]
5575   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5576   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5577    (parallel [(set (match_dup 0)
5578                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5579               (clobber (reg:CC 17))])]
5580   "")
5581 @end smallexample
5582
5583 @noindent
5584 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5585 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5586 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5587 to be live only at the point just before the arithmetic.
5588
5589 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5590 so here's a silly made-up example:
5591
5592 @smallexample
5593 (define_peephole2
5594   [(match_scratch:SI 4 "r")
5595    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5596    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5597    (match_dup 4)
5598    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5599   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5600   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5601    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5602    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5603    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5604   "")
5605 @end smallexample
5606
5607 @noindent
5608 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5609 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5610 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5611
5612 @end ifset
5613 @ifset INTERNALS
5614 @node Insn Attributes
5615 @section Instruction Attributes
5616 @cindex insn attributes
5617 @cindex instruction attributes
5618
5619 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5620 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5621 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5622 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5623 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5624 to track the condition codes.
5625
5626 @menu
5627 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5628 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5629 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5630 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5631 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5632 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5633 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5634 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5635 @end menu
5636
5637 @end ifset
5638 @ifset INTERNALS
5639 @node Defining Attributes
5640 @subsection Defining Attributes and their Values
5641 @cindex defining attributes and their values
5642 @cindex attributes, defining
5643
5644 @findex define_attr
5645 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5646 by the target machine.  It looks like:
5647
5648 @smallexample
5649 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5650 @end smallexample
5651
5652 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5653
5654 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5655 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5656 indicate that the attribute takes numeric values.
5657
5658 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5659 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5660 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5661 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5662 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5663
5664 @findex insn-attr.h
5665 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5666 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5667 specified for an attribute, the following are defined:
5668
5669 @itemize @bullet
5670 @item
5671 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5672
5673 @item
5674 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5675 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5676 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5677
5678 @item
5679 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5680 returns the attribute value for that insn.
5681 @end itemize
5682
5683 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5684
5685 @smallexample
5686 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5687 @end smallexample
5688
5689 @noindent
5690 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5691
5692 @smallexample
5693 #define HAVE_ATTR_type
5694 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5695                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5696 extern enum attr_type get_attr_type ();
5697 @end smallexample
5698
5699 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5700 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5701 @code{int}.
5702
5703 @end ifset
5704 @ifset INTERNALS
5705 @node Expressions
5706 @subsection Attribute Expressions
5707 @cindex attribute expressions
5708
5709 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5710 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5711 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5712
5713 @table @code
5714 @cindex @code{const_int} and attributes
5715 @item (const_int @var{i})
5716 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5717 must be non-negative.
5718
5719 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5720 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5721 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5722 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5723 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5724
5725 @cindex @code{const_string} and attributes
5726 @item (const_string @var{value})
5727 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5728 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5729 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5730 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5731 of a @code{define_attr}.
5732
5733 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5734 must be a string containing a non-negative integer (normally
5735 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5736 contain one of the valid values for the attribute.
5737
5738 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5739 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5740 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5741 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5742 otherwise it is @var{false-value}.
5743
5744 @cindex @code{cond} and attributes
5745 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5746 The first operand of this expression is a vector containing an even
5747 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5748 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5749 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5750 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5751 expression is that of the @var{default} expression.
5752 @end table
5753
5754 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5755
5756 @table @code
5757 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5758 @item (const_int @var{i})
5759 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5760
5761 @cindex @code{not} and attributes
5762 @cindex @code{ior} and attributes
5763 @cindex @code{and} and attributes
5764 @item (not @var{test})
5765 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5766 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5767 These tests are true if the indicated logical function is true.
5768
5769 @cindex @code{match_operand} and attributes
5770 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5771 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5772 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5773 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5774 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5775 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5776 string).
5777
5778 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5779
5780 @cindex @code{le} and attributes
5781 @cindex @code{leu} and attributes
5782 @cindex @code{lt} and attributes
5783 @cindex @code{gt} and attributes
5784 @cindex @code{gtu} and attributes
5785 @cindex @code{ge} and attributes
5786 @cindex @code{geu} and attributes
5787 @cindex @code{ne} and attributes
5788 @cindex @code{eq} and attributes
5789 @cindex @code{plus} and attributes
5790 @cindex @code{minus} and attributes
5791 @cindex @code{mult} and attributes
5792 @cindex @code{div} and attributes
5793 @cindex @code{mod} and attributes
5794 @cindex @code{abs} and attributes
5795 @cindex @code{neg} and attributes
5796 @cindex @code{ashift} and attributes
5797 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5798 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5799 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5800 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5801 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5802 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5803 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5804 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5805 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5806 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5807 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5808 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5809 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5810 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5811 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5812 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5813 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5814
5815 @findex get_attr
5816 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5817 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5818 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5819 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5820 variable.
5821
5822 @findex eq_attr
5823 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5824 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5825
5826 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5827 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5828 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5829 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5830 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5831 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5832 @emph{not} in the specified list.
5833
5834 For example,
5835
5836 @smallexample
5837 (eq_attr "type" "load,store")
5838 @end smallexample
5839
5840 @noindent
5841 is equivalent to
5842
5843 @smallexample
5844 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5845 @end smallexample
5846
5847 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5848 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5849 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5850 example,
5851
5852 @smallexample
5853 (eq_attr "alternative" "2,3")
5854 @end smallexample
5855
5856 @noindent
5857 is equivalent to
5858
5859 @smallexample
5860 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5861      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5862 @end smallexample
5863
5864 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5865 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5866 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5867
5868 @findex attr_flag
5869 @item (attr_flag @var{name})
5870 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5871 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5872 scheduled.
5873
5874 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5875 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5876 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5877 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5878 if a conditional branch is expected to be taken.
5879
5880 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5881 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5882
5883 This example describes a conditional branch delay slot which
5884 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5885 for backward branches which are not taken (annul-false).
5886
5887 @smallexample
5888 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5889   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5890    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5891         (attr_flag "forward"))
5892    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5893         (attr_flag "backward"))])
5894 @end smallexample
5895
5896 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5897 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5898
5899 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5900 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5901 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5902 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5903
5904 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5905 meaning to other passes of the compiler.
5906
5907 @findex attr
5908 @item (attr @var{name})
5909 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5910 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5911 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5912 @end table
5913
5914 @end ifset
5915 @ifset INTERNALS
5916 @node Tagging Insns
5917 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5918 @cindex tagging insns
5919 @cindex assigning attribute values to insns
5920
5921 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5922 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5923 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5924 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5925 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5926 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5927 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5928 permits the specification of the values for only one or two attributes
5929 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5930 next section.
5931
5932 The optional last argument of @code{define_insn} and
5933 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5934 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5935 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5936 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5937 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5938 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5939
5940 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5941 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5942 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5943 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5944 each alternative.
5945
5946 @findex set_attr
5947 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5948 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5949 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5950 of attribute values, one for each alternative.
5951
5952 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5953 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5954
5955 @table @code
5956 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5957 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5958 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5959 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5960 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5961
5962 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5963 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5964 that alternative.
5965
5966 @findex set_attr_alternative
5967 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5968 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5969 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5970 tests on the @samp{alternative} attribute.
5971
5972 @findex attr
5973 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5974 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5975 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5976 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5977 @end table
5978
5979 The following shows three different ways of representing the same
5980 attribute value specification:
5981
5982 @smallexample
5983 (set_attr "type" "load,store,arith")
5984
5985 (set_attr_alternative "type"
5986                       [(const_string "load") (const_string "store")
5987                        (const_string "arith")])
5988
5989 (set (attr "type")
5990      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5991             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5992            (const_string "arith")))
5993 @end smallexample
5994
5995 @need 1000
5996 @findex define_asm_attributes
5997 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5998 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5999 statement.  It has the form:
6000
6001 @smallexample
6002 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6003 @end smallexample
6004
6005 @noindent
6006 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6007 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6008
6009 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6010 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6011
6012 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6013 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6014 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6015 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6016 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6017 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6018 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6019 of a single machine instruction.
6020
6021 @end ifset
6022 @ifset INTERNALS
6023 @node Attr Example
6024 @subsection Example of Attribute Specifications
6025 @cindex attribute specifications example
6026 @cindex attribute specifications
6027
6028 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6029 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6030 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6031 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6032 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6033
6034 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6035 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6036 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6037 operations, floating point operations, and branches.
6038
6039 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6040 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6041 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6042 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6043 changed if the item previously set into the condition code has been
6044 modified.
6045
6046 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6047
6048 @smallexample
6049 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6050
6051 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6052              (cond [(eq_attr "type" "load")
6053                         (const_string "change0")
6054                     (eq_attr "type" "store,branch")
6055                         (const_string "unchanged")
6056                     (eq_attr "type" "arith")
6057                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6058                                       (const_string "set")
6059                                       (const_string "clobber"))]
6060                    (const_string "clobber")))
6061
6062 (define_insn ""
6063   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6064         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6065   ""
6066   "@@
6067    move %0,%1
6068    load %0,%1
6069    store %0,%1"
6070   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6071 @end smallexample
6072
6073 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6074 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6075 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6076 full-word result.
6077
6078 @end ifset
6079 @ifset INTERNALS
6080 @node Insn Lengths
6081 @subsection Computing the Length of an Insn
6082 @cindex insn lengths, computing
6083 @cindex computing the length of an insn
6084
6085 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6086 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6087 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6088 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6089 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6090 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6091
6092 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6093 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6094
6095 @table @code
6096 @cindex @code{match_dup} and attributes
6097 @item (match_dup @var{n})
6098 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6099 must be a @code{label_ref}.
6100
6101 @cindex @code{pc} and attributes
6102 @item (pc)
6103 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6104 been more consistent with other usage to make this the address of the
6105 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6106 current insn is to be computed.
6107 @end table
6108
6109 @cindex @code{addr_vec}, length of
6110 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6111 For normal insns, the length will be determined by value of the
6112 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6113 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6114 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6115
6116 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6117
6118 The following macros can be used to refine the length computation:
6119
6120 @table @code
6121 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6122 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6123 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6124 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6125 that contains the initially computed length of the insn and should be
6126 updated with the correct length of the insn.
6127
6128 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6129 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6130 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6131 may be required.
6132 @end table
6133
6134 @findex get_attr_length
6135 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6136 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6137 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6138 example below illustrates.
6139
6140 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6141 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6142 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6143 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6144 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6145
6146 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6147 as follows:
6148
6149 @smallexample
6150 (define_insn "jump"
6151   [(set (pc)
6152         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6153   ""
6154 @{
6155    return (get_attr_length (insn) == 4
6156            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6157 @}
6158   [(set (attr "length")
6159         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6160                       (const_int 4)
6161                       (const_int 6)))])
6162 @end smallexample
6163
6164 @end ifset
6165 @ifset INTERNALS
6166 @node Constant Attributes
6167 @subsection Constant Attributes
6168 @cindex constant attributes
6169
6170 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6171 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6172 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6173 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6174
6175 @smallexample
6176 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6177  (const
6178   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6179          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6180         (const_string "m88000"))))
6181
6182 (define_attr "memory" "fast,slow"
6183  (const
6184   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6185                 (const_string "fast")
6186                 (const_string "slow"))))
6187 @end smallexample
6188
6189 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6190 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6191 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6192 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6193 forms involving insn attributes.
6194
6195 @end ifset
6196 @ifset INTERNALS
6197 @node Delay Slots
6198 @subsection Delay Slot Scheduling
6199 @cindex delay slots, defining
6200
6201 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6202 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6203 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6204 after the instruction are executed as if they were located before it.
6205 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6206 the following instruction before the branch or call is performed.
6207
6208 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6209 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6210 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6211 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6212 annul if the branch is false are supported.
6213
6214 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6215 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6216 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6217 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6218 instruction scheduling.
6219
6220 @findex define_delay
6221 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6222 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6223
6224 @smallexample
6225 (define_delay @var{test}
6226               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6227                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6228                @dots{}])
6229 @end smallexample
6230
6231 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6232 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6233 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6234 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6235 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6236 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6237 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6238 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6239 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6240
6241 For example, in the common case where branch and call insns require
6242 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6243 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6244
6245 @smallexample
6246 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6247               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6248 @end smallexample
6249
6250 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6251 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6252 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6253 expressions are both true.
6254
6255 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6256 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6257 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6258 branch is true, we might represent this as follows:
6259
6260 @smallexample
6261 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6262    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6263     (eq_attr "type" "!branch,call")
6264     (nil)])
6265
6266 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6267               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6268                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6269 @end smallexample
6270 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6271
6272 @end ifset
6273 @ifset INTERNALS
6274 @node Processor pipeline description
6275 @subsection Specifying processor pipeline description
6276 @cindex processor pipeline description
6277 @cindex processor functional units
6278 @cindex instruction latency time
6279 @cindex interlock delays
6280 @cindex data dependence delays
6281 @cindex reservation delays
6282 @cindex pipeline hazard recognizer
6283 @cindex automaton based pipeline description
6284 @cindex regular expressions
6285 @cindex deterministic finite state automaton
6286 @cindex automaton based scheduler
6287 @cindex RISC
6288 @cindex VLIW
6289
6290 To achieve better performance, most modern processors
6291 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6292 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6293 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6294 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6295 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6296 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6297 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6298 MIPS processors).
6299
6300 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6301 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6302 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6303 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6304 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6305 are not available but will be ready in given time after the
6306 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6307 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6308 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6309 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6310 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6311 means that two instructions under execution will be in need of shared
6312 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6313 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6314 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6315 processors.
6316
6317 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6318 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6319 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6320 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6321 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6322 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6323 @dfn{regular expressions}.
6324
6325 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6326 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6327 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6328 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6329 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6330 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6331 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6332 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6333 furthermore, its speed is not dependent on processor
6334 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6335   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6336   can split orthogonal parts of the machine description among several
6337   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6338   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6339
6340 @cindex automaton based pipeline description
6341 The rest of this section describes the directives that constitute
6342 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6343 these constructions within the machine description file is not
6344 important.
6345
6346 @findex define_automaton
6347 @cindex pipeline hazard recognizer
6348 The following optional construction describes names of automata
6349 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6350 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6351 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6352 units to the automata, the total size of the automata is usually
6353 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6354 construction, only one finite state automaton is generated.
6355
6356 @smallexample
6357 (define_automaton @var{automata-names})
6358 @end smallexample
6359
6360 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6361 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6362 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6363 @code{define_query_cpu_unit}.
6364
6365 @findex define_cpu_unit
6366 @cindex processor functional units
6367 Each processor functional unit used in the description of instruction
6368 reservations should be described by the following construction.
6369
6370 @smallexample
6371 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6372 @end smallexample
6373
6374 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6375 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6376 for other goals.
6377
6378 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6379 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6380 construction @code{define_automaton}.  You should give
6381 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6382
6383 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6384 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6385 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6386 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6387 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6388 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6389 description of the subsequent constructions.
6390
6391 @findex define_query_cpu_unit
6392 @cindex querying function unit reservations
6393 The following construction describes CPU functional units analogously
6394 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6395 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6396 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6397 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6398 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6399 @acronym{VLIW} insn templates).
6400
6401 @smallexample
6402 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6403 @end smallexample
6404
6405 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6406 separated by commas.
6407
6408 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6409 which the unit is bound.
6410
6411 @findex define_insn_reservation
6412 @cindex instruction latency time
6413 @cindex regular expressions
6414 @cindex data bypass
6415 The following construction is the major one to describe pipeline
6416 characteristics of an instruction.
6417
6418 @smallexample
6419 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
6420                          @var{condition} @var{regexp})
6421 @end smallexample
6422
6423 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
6424 instruction.  There is an important difference between the old
6425 description and the automaton based pipeline description.  The latency
6426 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
6427 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
6428 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
6429 zero and the cost of output dependencies is the difference between
6430 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
6431 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
6432 change the default costs for any description by using the target hook
6433 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
6434
6435 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
6436 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
6437 the automaton description file generated for debugging.  The internal
6438 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
6439 good practice to use insn classes described in the processor manual.
6440
6441 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
6442 construction.  You should remember that you will be in trouble if
6443 @var{condition} for two or more different
6444 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
6445 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
6446 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
6447 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
6448 the same value is quite difficult (especially if the conditions
6449 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
6450 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
6451 recognizer considerably.
6452
6453 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
6454 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
6455 expression according to the following syntax:
6456
6457 @smallexample
6458        regexp = regexp "," oneof
6459               | oneof
6460
6461        oneof = oneof "|" allof
6462              | allof
6463
6464        allof = allof "+" repeat
6465              | repeat
6466
6467        repeat = element "*" number
6468               | element
6469
6470        element = cpu_function_unit_name
6471                | reservation_name
6472                | result_name
6473                | "nothing"
6474                | "(" regexp ")"
6475 @end smallexample
6476
6477 @itemize @bullet
6478 @item
6479 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6480 the reservation.
6481
6482 @item
6483 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6484 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6485 regular expression @strong{or} etc.
6486
6487 @item
6488 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6489 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6490 second regular expression @strong{and} etc.
6491
6492 @item
6493 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6494 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6495 advancing (see @samp{,}).
6496
6497 @item
6498 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6499 functional unit.
6500
6501 @item
6502 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6503 @samp{define_reservation}.
6504
6505 @item
6506 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6507 @end itemize
6508
6509 @findex define_reservation
6510 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6511 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6512 the common part by the following construction
6513
6514 @smallexample
6515 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6516 @end smallexample
6517
6518 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6519 Functional unit names and reservation names are in the same name
6520 space.  So the reservation names should be different from the
6521 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6522
6523 @findex define_bypass
6524 @cindex instruction latency time
6525 @cindex data bypass
6526 The following construction is used to describe exceptions in the
6527 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6528
6529 @smallexample
6530 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6531                [@var{guard}])
6532 @end smallexample
6533
6534 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6535 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6536 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6537 the string are separated by commas.
6538
6539 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6540 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6541 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6542 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6543 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6544 of insn @samp{store} (not a stored value).
6545
6546 @findex exclusion_set
6547 @findex presence_set
6548 @findex final_presence_set
6549 @findex absence_set
6550 @findex final_absence_set
6551 @cindex VLIW
6552 @cindex RISC
6553 The following five constructions are usually used to describe
6554 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6555 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6556 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6557
6558 @smallexample
6559 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6560 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6561 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6562 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6563 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6564 @end smallexample
6565
6566 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6567 separated by commas.
6568
6569 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6570 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
6571 separated by white-spaces.
6572
6573 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6574 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6575 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6576 example, the construction is useful for describing processors
6577 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6578 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6579 point insns or only double floating point insns.
6580
6581 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6582 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6583 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6584 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6585 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6586 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6587 construction
6588
6589 @smallexample
6590 (presence_set "slot1" "slot0")
6591 @end smallexample
6592
6593 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6594 reservation.  In this case we could write
6595
6596 @smallexample
6597 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6598 @end smallexample
6599
6600 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6601 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6602 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6603 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6604 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6605 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6606 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6607 done on the result reservation.  This construction is useful to
6608 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6609 For example, if we use
6610
6611 @smallexample
6612 (presence_set "slot1" "slot0")
6613 @end smallexample
6614
6615 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6616 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6617
6618 @smallexample
6619 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6620 @end smallexample
6621
6622 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6623
6624 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6625 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6626 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6627 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6628 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6629 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6630 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6631 following construction
6632
6633 @smallexample
6634 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6635 @end smallexample
6636
6637 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6638 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6639 this case we could write
6640
6641 @smallexample
6642 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6643 @end smallexample
6644
6645 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6646 automaton.
6647
6648 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6649 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6650 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6651
6652 @findex automata_option
6653 @cindex deterministic finite state automaton
6654 @cindex nondeterministic finite state automaton
6655 @cindex finite state automaton minimization
6656 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6657 the following construction.
6658
6659 @smallexample
6660 (automata_option @var{options})
6661 @end smallexample
6662
6663 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6664 code.  Currently there are the following options:
6665
6666 @itemize @bullet
6667 @item
6668 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6669 only worth to do when we are debugging the description and need to
6670 look more accurately at reservations of states.
6671
6672 @item
6673 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6674 generation of automata.
6675
6676 @item
6677 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6678 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6679 verification and debugging.
6680
6681 @item
6682 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6683 non-critical errors.
6684
6685 @item
6686 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6687 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6688 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6689 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6690 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6691 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
6692
6693 @item
6694 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6695 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6696 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6697 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6698 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6699 huge automaton.
6700 @end itemize
6701
6702 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6703 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6704 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6705 the following functional units.
6706
6707 @smallexample
6708 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6709 (define_cpu_unit "port0, port1")
6710 @end smallexample
6711
6712 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6713 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6714 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6715 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6716 multiplication insns can be executed only in the second integer
6717 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6718 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
6719 integer division insn can not be issued until the current division
6720 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6721 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6722 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6723 incurred.  To describe all of this we could specify
6724
6725 @smallexample
6726 (define_cpu_unit "div")
6727
6728 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6729                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6730
6731 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6732                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6733
6734 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6735                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6736
6737 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6738                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6739
6740 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6741 @end smallexample
6742
6743 To simplify the description we could describe the following reservation
6744
6745 @smallexample
6746 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6747 @end smallexample
6748
6749 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6750 construction
6751
6752 @smallexample
6753 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6754                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6755 @end smallexample
6756
6757
6758 @end ifset
6759 @ifset INTERNALS
6760 @node Conditional Execution
6761 @section Conditional Execution
6762 @cindex conditional execution
6763 @cindex predication
6764
6765 A number of architectures provide for some form of conditional
6766 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6767 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6768 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6769 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6770 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6771
6772 @findex define_cond_exec
6773 @smallexample
6774 (define_cond_exec
6775   [@var{predicate-pattern}]
6776   "@var{condition}"
6777   "@var{output-template}")
6778 @end smallexample
6779
6780 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6781 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6782 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6783 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6784 alternative.
6785
6786 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6787 pattern to match.
6788
6789 @findex current_insn_predicate
6790 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6791 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6792 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6793 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6794 In order to handle the general case, there is a global variable
6795 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6796 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6797
6798 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6799 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6800 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6801 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6802 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6803 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6804 alternative or anything else.
6805
6806 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6807 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6808 generated that matches a predicated version of the instruction.
6809 For example,
6810
6811 @smallexample
6812 (define_insn "addsi"
6813   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6814         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6815                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6816   "@var{test1}"
6817   "add %2,%1,%0")
6818
6819 (define_cond_exec
6820   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6821        (const_int 0))]
6822   "@var{test2}"
6823   "(%0)")
6824 @end smallexample
6825
6826 @noindent
6827 generates a new pattern
6828
6829 @smallexample
6830 (define_insn ""
6831   [(cond_exec
6832      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6833      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6834           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6835                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6836   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6837   "(%3) add %2,%1,%0")
6838 @end smallexample
6839
6840 @end ifset
6841 @ifset INTERNALS
6842 @node Constant Definitions
6843 @section Constant Definitions
6844 @cindex constant definitions
6845 @findex define_constants
6846
6847 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6848 can be a maintenance problem.
6849
6850 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6851 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6852 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6853 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6854 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6855 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6856 a different value.
6857
6858 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6859
6860 @smallexample
6861 (define_insn ""
6862   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6863      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6864            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6865       (use (reg:SI 179))
6866       (clobber (reg:SI 179))])]
6867   ""
6868   "loadm 0,0,%1,%2")
6869 @end smallexample
6870
6871 You could write:
6872
6873 @smallexample
6874 (define_constants [
6875     (R_BP 177)
6876     (R_FC 178)
6877     (R_CR 179)
6878     (R_Q  180)
6879 ])
6880
6881 (define_insn ""
6882   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6883      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6884            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6885       (use (reg:SI R_CR))
6886       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6887   ""
6888   "loadm 0,0,%1,%2")
6889 @end smallexample
6890
6891 The constants that are defined with a define_constant are also output
6892 in the insn-codes.h header file as #defines.
6893 @end ifset
6894 @ifset INTERNALS
6895 @node Macros
6896 @section Macros
6897 @cindex macros in @file{.md} files
6898
6899 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6900 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6901 facilities to make this process easier.
6902
6903 @menu
6904 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6905 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6906 @end menu
6907
6908 @node Mode Macros
6909 @subsection Mode Macros
6910 @cindex mode macros in @file{.md} files
6911
6912 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6913 For example:
6914
6915 @itemize @bullet
6916 @item
6917 If a processor has hardware support for both single and double
6918 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6919 very similar to the @code{DFmode} ones.
6920
6921 @item
6922 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6923 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6924 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6925 @end itemize
6926
6927 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6928 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6929 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6930 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6931
6932 @menu
6933 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6934 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
6935 * Examples::             Examples
6936 @end menu
6937
6938 @node Defining Mode Macros
6939 @subsubsection Defining Mode Macros
6940 @findex define_mode_macro
6941
6942 The syntax for defining a mode macro is:
6943
6944 @smallexample
6945 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6946 @end smallexample
6947
6948 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6949 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6950 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6951 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6952 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6953 C condition will also require that @var{condi} be true.
6954
6955 For example:
6956
6957 @smallexample
6958 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6959 @end smallexample
6960
6961 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6962 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6963 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6964 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6965 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6966
6967 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6968 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6969 to @code{@var{mode}}.  For example:
6970
6971 @smallexample
6972 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6973 @end smallexample
6974
6975 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6976 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6977
6978 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
6979 significant if two macros are used in a construct that requires
6980 substitutions.  @xref{Substitutions}.
6981
6982 @node Substitutions
6983 @subsubsection Substitution in Mode Macros
6984 @findex define_mode_attr
6985
6986 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
6987 construct will often need slightly different strings or modes.  For
6988 example:
6989
6990 @itemize @bullet
6991 @item
6992 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
6993 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
6994 appropriate mode name for @var{m}.
6995
6996 @item
6997 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
6998 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
6999
7000 @item
7001 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7002 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7003 mode for the other operand(s).
7004 @end itemize
7005
7006 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7007 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7008 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7009 upper case.  You can define other attributes using:
7010
7011 @smallexample
7012 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7013 @end smallexample
7014
7015 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7016 is the value associated with @var{modei}.
7017
7018 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7019 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7020 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7021 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7022 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7023 value.
7024
7025 For example, suppose an @file{.md} file has:
7026
7027 @smallexample
7028 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7029 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7030 @end smallexample
7031
7032 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7033 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7034 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7035 @code{"ld\t%0,%1"}.
7036
7037 Here is an example of using an attribute for a mode:
7038
7039 @smallexample
7040 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7041 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7042 (define_insn ...
7043   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7044 @end smallexample
7045
7046 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7047 substitution will be attempted for every macro expansion.
7048
7049 @node Examples
7050 @subsubsection Mode Macro Examples
7051
7052 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7053 modes and attributes (among others):
7054
7055 @smallexample
7056 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7057 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7058 @end smallexample
7059
7060 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7061 and @code{subdi3}:
7062
7063 @smallexample
7064 (define_insn "sub<mode>3"
7065   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7066         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7067                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7068   ""
7069   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7070   [(set_attr "type" "arith")
7071    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7072 @end smallexample
7073
7074 This is exactly equivalent to:
7075
7076 @smallexample
7077 (define_insn "subsi3"
7078   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7079         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7080                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7081   ""
7082   "subu\t%0,%1,%2"
7083   [(set_attr "type" "arith")
7084    (set_attr "mode" "SI")])
7085
7086 (define_insn "subdi3"
7087   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7088         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7089                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7090   ""
7091   "dsubu\t%0,%1,%2"
7092   [(set_attr "type" "arith")
7093    (set_attr "mode" "DI")])
7094 @end smallexample
7095
7096 @node Code Macros
7097 @subsection Code Macros
7098 @cindex code macros in @file{.md} files
7099 @findex define_code_macro
7100 @findex define_code_attr
7101
7102 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7103
7104 The construct:
7105
7106 @smallexample
7107 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7108 @end smallexample
7109
7110 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7111 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7112 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7113
7114 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7115 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7116 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7117 @xref{Defining Mode Macros}.
7118
7119 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7120 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7121 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7122 Other attributes are defined using:
7123
7124 @smallexample
7125 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7126 @end smallexample
7127
7128 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7129
7130 @smallexample
7131 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7132                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7133
7134 (define_expand "b<code>"
7135   [(set (pc)
7136         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7137                                    (const_int 0))
7138                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7139                       (pc)))]
7140   ""
7141 @{
7142   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7143   DONE;
7144 @})
7145 @end smallexample
7146
7147 This is equivalent to:
7148
7149 @smallexample
7150 (define_expand "bunordered"
7151   [(set (pc)
7152         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7153                                     (const_int 0))
7154                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7155                       (pc)))]
7156   ""
7157 @{
7158   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7159   DONE;
7160 @})
7161
7162 (define_expand "bordered"
7163   [(set (pc)
7164         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7165                                   (const_int 0))
7166                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7167                       (pc)))]
7168   ""
7169 @{
7170   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7171   DONE;
7172 @})
7173
7174 ...
7175 @end smallexample
7176
7177 @end ifset