OSDN Git Service

6a3b76e3fde9ced9551a39cb9ebdd265e927f1c8
[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.
1556
1557 @cindex @samp{#} in constraint
1558 @item #
1559 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1560 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1561 register preferences.
1562
1563 @cindex @samp{*} in constraint
1564 @item *
1565 Says that the following character should be ignored when choosing
1566 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1567 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1568
1569 @ifset INTERNALS
1570 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1571 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1572 copying it into an address register.  While either kind of register is
1573 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1574 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1575 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1576 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1577 register preferences.
1578
1579 @smallexample
1580 (define_insn "extendhisi2"
1581   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1582         (sign_extend:SI
1583          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1584   @dots{})
1585 @end smallexample
1586 @end ifset
1587 @end table
1588
1589 @node Machine Constraints
1590 @subsection Constraints for Particular Machines
1591 @cindex machine specific constraints
1592 @cindex constraints, machine specific
1593
1594 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1595 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1596 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1597 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1598 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1599 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1600 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1601 immediate-constant format.
1602
1603 For each machine architecture, the
1604 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1605 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1606 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1607 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1608 The constraints are defined through these macros:
1609
1610 @table @code
1611 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1612 Register class constraints (usually lowercase).
1613
1614 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1615 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1616 word size or smaller precision (usually uppercase).
1617
1618 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1619 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1620 constants of greater than word size precision (usually uppercase).
1621
1622 @item EXTRA_CONSTRAINT
1623 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1624 is only defined for some machines.
1625 @end table
1626
1627 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1628 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1629 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1630 available on some particular machines.
1631
1632 @table @emph
1633 @item ARM family---@file{arm.h}
1634 @table @code
1635 @item f
1636 Floating-point register
1637
1638 @item w
1639 VFP floating-point register
1640
1641 @item F
1642 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1643 or 10.0
1644
1645 @item G
1646 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1647 were negated
1648
1649 @item I
1650 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1651 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1652 multiple of 2
1653
1654 @item J
1655 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1656
1657 @item K
1658 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1659
1660 @item L
1661 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1662
1663 @item M
1664 Integer in the range 0 to 32
1665
1666 @item Q
1667 A memory reference where the exact address is in a single register
1668 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1669
1670 @item R
1671 An item in the constant pool
1672
1673 @item S
1674 A symbol in the text segment of the current file
1675 @end table
1676
1677 @item Uv
1678 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1679
1680 @item Uy
1681 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1682
1683 @item Uq
1684 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1685
1686 @item AVR family---@file{avr.h}
1687 @table @code
1688 @item l
1689 Registers from r0 to r15
1690
1691 @item a
1692 Registers from r16 to r23
1693
1694 @item d
1695 Registers from r16 to r31
1696
1697 @item w
1698 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1699
1700 @item e
1701 Pointer register (r26--r31)
1702
1703 @item b
1704 Base pointer register (r28--r31)
1705
1706 @item q
1707 Stack pointer register (SPH:SPL)
1708
1709 @item t
1710 Temporary register r0
1711
1712 @item x
1713 Register pair X (r27:r26)
1714
1715 @item y
1716 Register pair Y (r29:r28)
1717
1718 @item z
1719 Register pair Z (r31:r30)
1720
1721 @item I
1722 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1723
1724 @item J
1725 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1726
1727 @item K
1728 Constant integer 2
1729
1730 @item L
1731 Constant integer 0
1732
1733 @item M
1734 Constant that fits in 8 bits
1735
1736 @item N
1737 Constant integer @minus{}1
1738
1739 @item O
1740 Constant integer 8, 16, or 24
1741
1742 @item P
1743 Constant integer 1
1744
1745 @item G
1746 A floating point constant 0.0
1747 @end table
1748
1749 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1750 @table @code
1751 @item b
1752 Address base register
1753
1754 @item f
1755 Floating point register
1756
1757 @item v
1758 Vector register
1759
1760 @item h
1761 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1762
1763 @item q
1764 @samp{MQ} register
1765
1766 @item c
1767 @samp{CTR} register
1768
1769 @item l
1770 @samp{LINK} register
1771
1772 @item x
1773 @samp{CR} register (condition register) number 0
1774
1775 @item y
1776 @samp{CR} register (condition register)
1777
1778 @item z
1779 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1780
1781 @item I
1782 Signed 16-bit constant
1783
1784 @item J
1785 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1786 @code{SImode} constants)
1787
1788 @item K
1789 Unsigned 16-bit constant
1790
1791 @item L
1792 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1793
1794 @item M
1795 Constant larger than 31
1796
1797 @item N
1798 Exact power of 2
1799
1800 @item O
1801 Zero
1802
1803 @item P
1804 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1805
1806 @item G
1807 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1808 instruction per word
1809
1810 @item Q
1811 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1812 for @code{asm} statements)
1813
1814 @item R
1815 AIX TOC entry
1816
1817 @item S
1818 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1819
1820 @item T
1821 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1822
1823 @item U
1824 System V Release 4 small data area reference
1825 @end table
1826
1827 @item Intel 386---@file{i386.h}
1828 @table @code
1829 @item q
1830 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1831 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class (for 8-bit instructions that
1832 do not use upper halves).
1833
1834 @item Q
1835 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register (for 8-bit instructions,
1836 that do use upper halves).
1837
1838 @item R
1839 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1840 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1841 instruction)
1842
1843 @item A
1844 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1845 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1846 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1847 @samp{a} register holding the least significant bits.
1848
1849 @item f
1850 Floating point register
1851
1852 @item t
1853 First (top of stack) floating point register
1854
1855 @item u
1856 Second floating point register
1857
1858 @item a
1859 @samp{a} register
1860
1861 @item b
1862 @samp{b} register
1863
1864 @item c
1865 @samp{c} register
1866
1867 @item C
1868 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1869 loading it from memory.
1870
1871 @item d
1872 @samp{d} register
1873
1874 @item D
1875 @samp{di} register
1876
1877 @item S
1878 @samp{si} register
1879
1880 @item x
1881 @samp{xmm} SSE register
1882
1883 @item y
1884 MMX register
1885
1886 @item I
1887 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1888
1889 @item J
1890 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1891
1892 @item K
1893 @samp{0xff}
1894
1895 @item L
1896 @samp{0xffff}
1897
1898 @item M
1899 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1900
1901 @item N
1902 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1903
1904 @item Z
1905 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1906 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1907
1908 @item e
1909 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1910 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1911
1912 @item G
1913 Standard 80387 floating point constant
1914 @end table
1915
1916 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1917 @table @code
1918 @item a
1919 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1920
1921 @item b
1922 Branch register
1923
1924 @item c
1925 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1926
1927 @item d
1928 Application register residing in M-unit
1929
1930 @item e
1931 Application register residing in I-unit
1932
1933 @item f
1934 Floating-point register
1935
1936 @item m
1937 Memory operand.
1938 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1939 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1940 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1941
1942 @item G
1943 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1944
1945 @item I
1946 14-bit signed integer constant
1947
1948 @item J
1949 22-bit signed integer constant
1950
1951 @item K
1952 8-bit signed integer constant for logical instructions
1953
1954 @item L
1955 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1956
1957 @item M
1958 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1959
1960 @item N
1961 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1962
1963 @item O
1964 The constant zero
1965
1966 @item P
1967 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
1968
1969 @item Q
1970 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1971
1972 @item R
1973 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1974
1975 @item S
1976 Memory operand except postincrement and postdecrement
1977 @end table
1978
1979 @item FRV---@file{frv.h}
1980 @table @code
1981 @item a
1982 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1983
1984 @item b
1985 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1986
1987 @item c
1988 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1989 @code{icc0} to @code{icc3}).
1990
1991 @item d
1992 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1993
1994 @item e
1995 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1996 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1997 mode larger than 4 bytes.
1998
1999 @item f
2000 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2001
2002 @item h
2003 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2004 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2005 mode larger than 4 bytes.
2006
2007 @item l
2008 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2009
2010 @item q
2011 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2012 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2013 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2014
2015 @item t
2016 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2017
2018 @item u
2019 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2020
2021 @item v
2022 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2023
2024 @item w
2025 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2026
2027 @item x
2028 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2029 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2030 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2031
2032 @item z
2033 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2034
2035 @item A
2036 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2037
2038 @item B
2039 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2040
2041 @item C
2042 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2043
2044 @item G
2045 Floating point constant zero
2046
2047 @item I
2048 6-bit signed integer constant
2049
2050 @item J
2051 10-bit signed integer constant
2052
2053 @item L
2054 16-bit signed integer constant
2055
2056 @item M
2057 16-bit unsigned integer constant
2058
2059 @item N
2060 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2061 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2062
2063 @item O
2064 Constant zero
2065
2066 @item P
2067 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2068 range of 1 to 2047.
2069
2070 @end table
2071
2072 @item Blackfin family---@file{bfin.h}
2073 @table @code
2074 @item a
2075 P register
2076
2077 @item d
2078 D register
2079
2080 @item z
2081 A call clobbered P register.
2082
2083 @item D
2084 Even-numbered D register
2085
2086 @item W
2087 Odd-numbered D register
2088
2089 @item e
2090 Accumulator register.
2091
2092 @item A
2093 Even-numbered accumulator register.
2094
2095 @item B
2096 Odd-numbered accumulator register.
2097
2098 @item b
2099 I register
2100
2101 @item B
2102 B register
2103
2104 @item f
2105 M register
2106
2107 @item c
2108 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2109
2110 @item C
2111 The CC register.
2112
2113 @item x
2114 Any D, P, B, M, I or L register.
2115
2116 @item y
2117 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2118 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2119
2120 @item w
2121 Any register except accumulators or CC.
2122
2123 @item Ksh
2124 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2125
2126 @item Kuh
2127 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2128
2129 @item Ks7
2130 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2131
2132 @item Ku7
2133 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2134
2135 @item Ku5
2136 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2137
2138 @item Ks4
2139 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2140
2141 @item Ks3
2142 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2143
2144 @item Ku3
2145 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2146
2147 @item P@var{n}
2148 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2149
2150 @item M1
2151 Constant 255.
2152
2153 @item M2
2154 Constant 65535.
2155
2156 @item J
2157 An integer constant with exactly a single bit set.
2158
2159 @item L
2160 An integer constant with all bits set except exactly one.
2161
2162 @item H
2163
2164 @item Q
2165 Any SYMBOL_REF.
2166 @end table
2167
2168 @item IP2K---@file{ip2k.h}
2169 @table @code
2170 @item a
2171 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
2172
2173 @item f
2174 @samp{IP} register
2175
2176 @item j
2177 @samp{IPL} register
2178
2179 @item k
2180 @samp{IPH} register
2181
2182 @item b
2183 @samp{DP} register
2184
2185 @item y
2186 @samp{DPH} register
2187
2188 @item z
2189 @samp{DPL} register
2190
2191 @item q
2192 @samp{SP} register
2193
2194 @item c
2195 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
2196
2197 @item d
2198 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
2199
2200 @item u
2201 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
2202
2203 @item R
2204 Indirect through @samp{IP}---Avoid this except for @code{QImode}, since we
2205 can't access extra bytes
2206
2207 @item S
2208 Indirect through @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
2209
2210 @item T
2211 Data-section immediate value
2212
2213 @item I
2214 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
2215
2216 @item J
2217 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
2218
2219 @item K
2220 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
2221
2222 @item L
2223 Integers from 1 to 127
2224
2225 @item M
2226 Integer @minus{}1
2227
2228 @item N
2229 Integer 1
2230
2231 @item O
2232 Zero
2233
2234 @item P
2235 Integers from 0 to 255
2236 @end table
2237
2238 @item MIPS---@file{mips.h}
2239 @table @code
2240 @item d
2241 General-purpose integer register
2242
2243 @item f
2244 Floating-point register (if available)
2245
2246 @item h
2247 @samp{Hi} register
2248
2249 @item l
2250 @samp{Lo} register
2251
2252 @item x
2253 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
2254
2255 @item y
2256 General-purpose integer register
2257
2258 @item z
2259 Floating-point status register
2260
2261 @item I
2262 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
2263
2264 @item J
2265 Zero
2266
2267 @item K
2268 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
2269
2270 @item L
2271 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
2272
2273 @item M
2274 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
2275 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
2276
2277 @item N
2278 Negative 16-bit constant
2279
2280 @item O
2281 Exact power of two
2282
2283 @item P
2284 Positive 16-bit constant
2285
2286 @item G
2287 Floating point zero
2288
2289 @item Q
2290 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
2291 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2292
2293 @item R
2294 Memory reference that can be loaded with one instruction
2295 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2296
2297 @item S
2298 Memory reference in external OSF/rose PIC format
2299 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
2300 @end table
2301
2302 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
2303 @table @code
2304 @item a
2305 Address register
2306
2307 @item d
2308 Data register
2309
2310 @item f
2311 68881 floating-point register, if available
2312
2313 @item I
2314 Integer in the range 1 to 8
2315
2316 @item J
2317 16-bit signed number
2318
2319 @item K
2320 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2321
2322 @item L
2323 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2324
2325 @item M
2326 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2327
2328 @item G
2329 Floating point constant that is not a 68881 constant
2330 @end table
2331
2332 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2333 @table @code
2334 @item a
2335 Register `a'
2336
2337 @item b
2338 Register `b'
2339
2340 @item d
2341 Register `d'
2342
2343 @item q
2344 An 8-bit register
2345
2346 @item t
2347 Temporary soft register _.tmp
2348
2349 @item u
2350 A soft register _.d1 to _.d31
2351
2352 @item w
2353 Stack pointer register
2354
2355 @item x
2356 Register `x'
2357
2358 @item y
2359 Register `y'
2360
2361 @item z
2362 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2363
2364 @item A
2365 An address register: x, y or z
2366
2367 @item B
2368 An address register: x or y
2369
2370 @item D
2371 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2372
2373 @item L
2374 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2375
2376 @item M
2377 Constants whose 16-bit low part is zero
2378
2379 @item N
2380 Constant integer 1 or @minus{}1
2381
2382 @item O
2383 Constant integer 16
2384
2385 @item P
2386 Constants in the range @minus{}8 to 2
2387
2388 @end table
2389
2390 @need 1000
2391 @item SPARC---@file{sparc.h}
2392 @table @code
2393 @item f
2394 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2395 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2396
2397 @item e
2398 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2399 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2400 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2401
2402 @item c
2403 Floating-point condition code register.
2404
2405 @item d
2406 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2407 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2408
2409 @item b
2410 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2411 when the Visual Instruction Set is available.
2412
2413 @item h
2414 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2415
2416 @item I
2417 Signed 13-bit constant
2418
2419 @item J
2420 Zero
2421
2422 @item K
2423 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2424 loaded with the @code{sethi} instruction)
2425
2426 @item L
2427 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2428
2429 @item M
2430 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2431
2432 @item N
2433 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2434 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2435 modes wider than @code{SImode}
2436
2437 @item O
2438 The constant 4096
2439
2440 @item G
2441 Floating-point zero
2442
2443 @item H
2444 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2445
2446 @item Q
2447 Floating-point constant whose integral representation can
2448 be moved into an integer register using a single sethi
2449 instruction
2450
2451 @item R
2452 Floating-point constant whose integral representation can
2453 be moved into an integer register using a single mov
2454 instruction
2455
2456 @item S
2457 Floating-point constant whose integral representation can
2458 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2459 instruction sequence
2460
2461 @item T
2462 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2463
2464 @item U
2465 Even register
2466
2467 @item W
2468 Memory address for @samp{e} constraint registers
2469
2470 @item Y
2471 Vector zero
2472
2473 @end table
2474
2475 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2476 @table @code
2477 @item a
2478 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2479
2480 @item b
2481 Stack pointer register (sp)
2482
2483 @item c
2484 Standard (32-bit) precision integer register
2485
2486 @item f
2487 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2488
2489 @item k
2490 Block count register (bk)
2491
2492 @item q
2493 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2494
2495 @item t
2496 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2497
2498 @item u
2499 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2500
2501 @item v
2502 Repeat count register (rc)
2503
2504 @item x
2505 Index register (ir0-ir1)
2506
2507 @item y
2508 Status (condition code) register (st)
2509
2510 @item z
2511 Data page register (dp)
2512
2513 @item G
2514 Floating-point zero
2515
2516 @item H
2517 Immediate 16-bit floating-point constant
2518
2519 @item I
2520 Signed 16-bit constant
2521
2522 @item J
2523 Signed 8-bit constant
2524
2525 @item K
2526 Signed 5-bit constant
2527
2528 @item L
2529 Unsigned 16-bit constant
2530
2531 @item M
2532 Unsigned 8-bit constant
2533
2534 @item N
2535 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2536
2537 @item O
2538 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2539
2540 @item Q
2541 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2542
2543 @item R
2544 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2545
2546 @item S
2547 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2548
2549 @item T
2550 Direct memory reference
2551
2552 @item U
2553 Symbolic address
2554
2555 @end table
2556
2557 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2558 @table @code
2559 @item a
2560 Address register (general purpose register except r0)
2561
2562 @item c
2563 Condition code register
2564
2565 @item d
2566 Data register (arbitrary general purpose register)
2567
2568 @item f
2569 Floating-point register
2570
2571 @item I
2572 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2573
2574 @item J
2575 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2576
2577 @item K
2578 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2579
2580 @item L
2581 Value appropriate as displacement.
2582 @table @code
2583        @item (0..4095)
2584        for short displacement
2585        @item (-524288..524287)
2586        for long displacement
2587 @end table
2588
2589 @item M
2590 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2591
2592 @item N
2593 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2594 @table @code
2595          @item 0..9:
2596          number of the part counting from most to least significant
2597          @item H,Q:
2598          mode of the part
2599          @item D,S,H:
2600          mode of the containing operand
2601          @item 0,F:
2602          value of the other parts (F---all bits set)
2603 @end table
2604 The constraint matches if the specified part of a constant
2605 has a value different from it's other parts.
2606
2607 @item Q
2608 Memory reference without index register and with short displacement.
2609
2610 @item R
2611 Memory reference with index register and short displacement.
2612
2613 @item S
2614 Memory reference without index register but with long displacement.
2615
2616 @item T
2617 Memory reference with index register and long displacement.
2618
2619 @item U
2620 Pointer with short displacement.
2621
2622 @item W
2623 Pointer with long displacement.
2624
2625 @item Y
2626 Shift count operand.
2627
2628 @end table
2629
2630 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2631 @table @code
2632 @item a
2633 Register r0.
2634
2635 @item b
2636 Register r1.
2637
2638 @item c
2639 Register r2.
2640
2641 @item d
2642 Register r8.
2643
2644 @item e
2645 Registers r0 through r7.
2646
2647 @item t
2648 Registers r0 and r1.
2649
2650 @item y
2651 The carry register.
2652
2653 @item z
2654 Registers r8 and r9.
2655
2656 @item I
2657 A constant between 0 and 3 inclusive.
2658
2659 @item J
2660 A constant that has exactly one bit set.
2661
2662 @item K
2663 A constant that has exactly one bit clear.
2664
2665 @item L
2666 A constant between 0 and 255 inclusive.
2667
2668 @item M
2669 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2670
2671 @item N
2672 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2673
2674 @item O
2675 A constant between 1 and 4 inclusive.
2676
2677 @item P
2678 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2679
2680 @item Q
2681 A memory reference that is a stack push.
2682
2683 @item R
2684 A memory reference that is a stack pop.
2685
2686 @item S
2687 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2688
2689 @item T
2690 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2691
2692 @item U
2693 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2694
2695 @item Z
2696 The constant 0.
2697
2698 @end table
2699
2700 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2701 @table @code
2702 @item a
2703 General-purpose 32-bit register
2704
2705 @item b
2706 One-bit boolean register
2707
2708 @item A
2709 MAC16 40-bit accumulator register
2710
2711 @item I
2712 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2713
2714 @item J
2715 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2716
2717 @item K
2718 Integer constant valid for BccI instructions
2719
2720 @item L
2721 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2722
2723 @end table
2724
2725 @end table
2726
2727 @ifset INTERNALS
2728 @node Standard Names
2729 @section Standard Pattern Names For Generation
2730 @cindex standard pattern names
2731 @cindex pattern names
2732 @cindex names, pattern
2733
2734 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2735 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2736 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2737 pattern to accomplish a certain task.
2738
2739 @table @asis
2740 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2741 @item @samp{mov@var{m}}
2742 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
2743 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2744 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2745
2746 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2747 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2748 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2749 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2750 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2751 outside the target word are left unchanged.
2752
2753 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2754 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2755 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2756 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2757 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2758
2759 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2760 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2761 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2762 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2763 into a register.
2764
2765 @findex force_reg
2766 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2767 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2768 registers other than the operands.  For example, if you support the
2769 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2770 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2771 function which might generate new pseudo registers.
2772
2773 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2774 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2775 some temporary registers.
2776
2777 @findex change_address
2778 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2779 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2780 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2781 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2782 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2783 an address into a valid address and no routine (such as
2784 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2785 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2786
2787 @findex reload_in_progress
2788 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2789 declared if required) can be used to determine whether such special
2790 handling is required.
2791
2792 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2793 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2794 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2795 machines explicit memory references will get optional reloads.
2796
2797 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2798 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2799
2800 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2801 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2802 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2803 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2804 them.  @xref{Register Classes}.
2805
2806 @findex no_new_pseudos
2807 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2808 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2809 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2810
2811 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2812 register to any other hard register provided that
2813 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2814 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2815
2816 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2817 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2818 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2819 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2820 point members.
2821
2822 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2823 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2824 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2825 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2826 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2827 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2828 reload into a floating point register.
2829
2830 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2831 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2832 @item @samp{reload_in@var{m}}
2833 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2834 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2835 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2836 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2837 macro in @pxref{Register Classes}.
2838
2839 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2840 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2841 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2842 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2843 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2844 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2845 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2846 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2847 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2848 for these patterns.
2849
2850 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2851 @item @samp{movstrict@var{m}}
2852 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2853 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2854 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2855 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2856
2857 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
2858 @item @samp{movmisalign@var{m}}
2859 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
2860 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
2861 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
2862 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
2863 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
2864
2865 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
2866 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
2867
2868 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2869 @item @samp{load_multiple}
2870 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2871 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2872 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2873 number of consecutive registers.
2874
2875 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2876 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2877 registers from memory is to do them one at a time.
2878
2879 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2880 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2881 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2882 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2883 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2884
2885 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2886 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2887 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2888 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2889 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
2890
2891 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2892 @item @samp{store_multiple}
2893 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2894 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2895 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2896 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2897
2898 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
2899 @item @samp{vec_set@var{m}}
2900 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
2901 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
2902
2903 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
2904 @item @samp{vec_extract@var{m}}
2905 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
2906 specify field index and operand 0 place to store value into.
2907
2908 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
2909 @item @samp{vec_init@var{m}}
2910 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
2911 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
2912
2913 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2914 @item @samp{push@var{m}}
2915 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2916 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2917 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2918 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2919 method is deprecated.
2920
2921 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2922 @item @samp{add@var{m}3}
2923 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2924 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2925 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2926
2927 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2928 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2929 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2930 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2931 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2932 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2933 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2934 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2935 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2936 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2937 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2938 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2939 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
2940 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2941 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2942 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2943 Similar, for other arithmetic operations.
2944
2945 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2946 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2947 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
2948 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
2949 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
2950 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
2951
2952 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2953 @item @samp{mulhisi3}
2954 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2955 a @code{SImode} product in operand 0.
2956
2957 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2958 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2959 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2960 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2961
2962 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2963 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2964 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2965 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2966 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2967 multiplication.
2968
2969 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2970 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2971 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2972 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2973 The least significant half of the product is discarded.
2974
2975 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2976 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2977 Similar, but the multiplication is unsigned.
2978
2979 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2980 @item @samp{divmod@var{m}4}
2981 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2982 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2983 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2984
2985 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2986 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2987 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2988 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2989 and remainder are computed.
2990
2991 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2992 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2993 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2994 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2995 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2996
2997 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2998 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2999 Similar, but does unsigned division.
3000
3001 @anchor{shift patterns}
3002 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3003 @item @samp{ashl@var{m}3}
3004 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3005 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3006 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3007 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3008 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3009 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3010 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3011
3012 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3013 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3014 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3015 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3016 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3017 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3018 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3019
3020 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3021 @item @samp{neg@var{m}2}
3022 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3023
3024 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3025 @item @samp{abs@var{m}2}
3026 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3027
3028 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3029 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3030 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3031
3032 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3033 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3034 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3035 type @code{float}.
3036
3037 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3038 @item @samp{cos@var{m}2}
3039 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3040
3041 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3042 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3043 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3044 type @code{float}.
3045
3046 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3047 @item @samp{sin@var{m}2}
3048 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3049
3050 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3051 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3052 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3053 type @code{float}.
3054
3055 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3056 @item @samp{exp@var{m}2}
3057 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3058
3059 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3060 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3061 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3062 type @code{float}.
3063
3064 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3065 @item @samp{log@var{m}2}
3066 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3067
3068 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3069 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3070 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3071 type @code{float}.
3072
3073 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3074 @item @samp{pow@var{m}3}
3075 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3076 into operand 0.
3077
3078 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3079 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3080 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3081 type @code{float}.
3082
3083 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3084 @item @samp{atan2@var{m}3}
3085 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3086 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3087 determine the quadrant of the result.
3088
3089 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3090 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3091 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3092 type @code{float}.
3093
3094 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3095 @item @samp{floor@var{m}2}
3096 Store the largest integral value not greater than argument.
3097
3098 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3099 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3100 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3101 type @code{float}.
3102
3103 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3104 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3105 Store the argument rounded to integer towards zero.
3106
3107 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3108 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3109 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3110 type @code{float}.
3111
3112 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3113 @item @samp{round@var{m}2}
3114 Store the argument rounded to integer away from zero.
3115
3116 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3117 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3118 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3119 type @code{float}.
3120
3121 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3122 @item @samp{ceil@var{m}2}
3123 Store the argument rounded to integer away from zero.
3124
3125 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3126 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3127 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3128 type @code{float}.
3129
3130 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3131 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3132 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3133
3134 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3135 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3136 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3137 type @code{float}.
3138
3139 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3140 @item @samp{rint@var{m}2}
3141 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3142 raise the inexact exception when the result differs in value from
3143 the argument
3144
3145 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3146 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3147 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3148 type @code{float}.
3149
3150 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3151 @item @samp{ffs@var{m}2}
3152 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3153 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3154 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3155 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3156 generating the instruction.
3157
3158 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3159 corresponds to the C data type @code{int}.
3160
3161 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3162 @item @samp{clz@var{m}2}
3163 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3164 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3165 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3166 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3167 operand to that mode before generating the instruction.
3168
3169 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3170 @item @samp{ctz@var{m}2}
3171 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3172 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3173 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3174 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3175 operand to that mode before generating the instruction.
3176
3177 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3178 @item @samp{popcount@var{m}2}
3179 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3180 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3181 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3182 generating the instruction.
3183
3184 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3185 @item @samp{parity@var{m}2}
3186 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3187 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3188 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3189 the operand to that mode before generating the instruction.
3190
3191 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3192 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3193 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3194
3195 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3196 @item @samp{cmp@var{m}}
3197 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3198 The RTL pattern should look like this:
3199
3200 @smallexample
3201 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3202                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3203 @end smallexample
3204
3205 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3206 @item @samp{tst@var{m}}
3207 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3208 The RTL pattern should look like this:
3209
3210 @smallexample
3211 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3212 @end smallexample
3213
3214 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3215 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3216 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3217 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3218
3219 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3220 @item @samp{movmem@var{m}}
3221 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3222 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3223 address in mode @code{Pmode}.
3224
3225 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3226 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3227 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3228 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3229 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3230 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3231 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3232
3233 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3234 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3235 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3236 it may provide the value 4 for this operand.
3237
3238 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3239 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3240 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3241 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3242 individually moved data units in the block.
3243
3244 These patterns need not give special consideration to the possibility
3245 that the source and destination strings might overlap.
3246
3247 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3248 @item @samp{movstr}
3249 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3250 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3251 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3252 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3253 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3254 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3255
3256 @cindex @code{clrmem@var{m}} instruction pattern
3257 @item @samp{clrmem@var{m}}
3258 Block clear instruction.  The destination string is the first operand,
3259 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3260 number of bytes to clear is the second operand, in mode @var{m}.  See
3261 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3262
3263 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
3264 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3265 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3266 operand.
3267
3268 The use for multiple @code{clrmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3269
3270 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3271 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3272 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3273 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3274 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3275 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3276 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3277 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3278 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3279 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3280 indicates the result of the comparison.
3281
3282 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3283 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3284 Block compare instruction, with five operands like the operands
3285 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3286 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3287 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3288 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3289 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3290 comparison.
3291
3292 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3293 @item @samp{strlen@var{m}}
3294 Compute the length of a string, with three operands.
3295 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3296 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3297 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3298 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3299 of the beginning of the string.
3300
3301 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3302 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3303 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3304 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3305 @var{n}).
3306
3307 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3308 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3309 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3310 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3311 @var{n}).
3312
3313 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3314 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3315 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3316 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3317 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3318 the value of operand 1 is an integer.
3319
3320 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3321 define the @code{ftrunc} pattern.
3322
3323 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3324 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3325 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3326 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3327 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3328 value of operand 1 is an integer.
3329
3330 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3331 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3332 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3333 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3334 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3335
3336 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3337 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3338 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3339 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3340
3341 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3342 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3343 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3344 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3345
3346 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3347 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3348 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3349 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3350 point or both floating point.
3351
3352 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3353 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3354 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3355 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3356 point or both floating point.
3357
3358 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3359 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3360 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3361 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3362 point.
3363
3364 @cindex @code{extv} instruction pattern
3365 @item @samp{extv}
3366 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3367 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3368 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3369 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3370 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3371 be valid for @code{word_mode}.
3372
3373 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3374 for operands 2 and 3.
3375
3376 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3377 before it is stored in operand 0.
3378
3379 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3380 @item @samp{extzv}
3381 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3382
3383 @cindex @code{insv} instruction pattern
3384 @item @samp{insv}
3385 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3386 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3387 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3388 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3389 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3390
3391 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3392 for operands 1 and 2.
3393
3394 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3395 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3396 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3397 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3398 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3399
3400 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3401 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3402 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3403 codes and vice versa.
3404
3405 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3406 define these patterns.
3407
3408 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3409 @item @samp{add@var{mode}cc}
3410 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3411 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3412 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3413 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3414
3415 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3416 @item @samp{s@var{cond}}
3417 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3418 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3419 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3420 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3421
3422 You specify the mode that the operand must have when you write the
3423 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3424 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3425
3426 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3427 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3428 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3429 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3430 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3431 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3432 should omit those operations from the machine description.
3433
3434 These operations may fail, but should do so only in relatively
3435 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3436 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3437
3438 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3439 that copies the constant one to the target and branches around an
3440 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3441 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3442 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3443 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3444 the machine description.
3445
3446 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3447 @item @samp{b@var{cond}}
3448 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3449 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3450 condition @var{cond}.
3451
3452 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3453 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3454 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3455 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3456 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3457 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3458 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3459 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3460
3461 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3462 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3463 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3464
3465 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3466 @samp{s@var{cond}} patterns.
3467
3468 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3469 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3470 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3471 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3472 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3473 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3474
3475 @cindex @code{jump} instruction pattern
3476 @item @samp{jump}
3477 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3478 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3479 on all machines.
3480
3481 @cindex @code{call} instruction pattern
3482 @item @samp{call}
3483 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3484 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3485 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3486 operands.
3487
3488 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3489 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3490 to put this information into the assembler code; they can put it in
3491 the RTL instead of operand 1.
3492
3493 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3494 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3495 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3496 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3497 instruction, the pattern for this operation should be a
3498 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3499 address into a register and uses that register in the call instruction.
3500
3501 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3502 @item @samp{call_value}
3503 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3504 register in which the value is returned.  There are three more
3505 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3506 instruction (but with numbers increased by one).
3507
3508 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3509 insn.
3510
3511 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3512 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3513 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3514 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3515 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3516 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3517 adjustment made to the frame pointer.
3518
3519 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3520 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3521 can be eliminated, if desired.
3522
3523 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3524 @item @samp{untyped_call}
3525 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3526 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3527 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3528 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3529 the saving of a function return value into the result block.
3530
3531 This instruction pattern should be defined to support
3532 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3533 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3534 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3535 multiple registers that can hold a return value
3536 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3537
3538 @cindex @code{return} instruction pattern
3539 @item @samp{return}
3540 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3541 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3542 from a function.
3543
3544 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3545 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3546 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3547 some class of functions only requires one instruction to implement a
3548 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3549 to save any registers or allocate stack space.
3550
3551 @findex reload_completed
3552 @findex leaf_function_p
3553 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3554 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3555 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3556 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3557 a register window push is required.
3558
3559 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3560 such as
3561
3562 @smallexample
3563 (define_insn ""
3564   [(set (pc)
3565         (if_then_else (match_operator
3566                          0 "comparison_operator"
3567                          [(cc0) (const_int 0)])
3568                       (return)
3569                       (pc)))]
3570   "@var{condition}"
3571   "@dots{}")
3572 @end smallexample
3573
3574 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3575 named @samp{return} pattern.
3576
3577 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3578 @item @samp{untyped_return}
3579 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3580 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3581 instructions are needed to return a value of any type.
3582
3583 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3584 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3585 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3586 the restoring of a function return value from the result block.
3587
3588 @cindex @code{nop} instruction pattern
3589 @item @samp{nop}
3590 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3591 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3592 RTL pattern.
3593
3594 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3595 @item @samp{indirect_jump}
3596 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3597 This pattern name is mandatory on all machines.
3598
3599 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3600 @item @samp{casesi}
3601 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3602 This instruction takes five operands:
3603
3604 @enumerate
3605 @item
3606 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3607
3608 @item
3609 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3610
3611 @item
3612 The total range of indices in the table---the largest index
3613 minus the smallest one (both inclusive).
3614
3615 @item
3616 A label that precedes the table itself.
3617
3618 @item
3619 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3620 @end enumerate
3621
3622 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3623 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3624 difference between the upper bound and the lower bound.
3625
3626 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3627 @item @samp{tablejump}
3628 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3629 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3630 is no @samp{casesi} pattern.
3631
3632 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3633 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3634 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3635 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3636 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3637 mode @code{Pmode}.
3638
3639 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3640 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3641 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3642 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3643
3644
3645 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3646 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3647 Conditional branch instruction that decrements a register and
3648 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3649 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3650 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3651
3652 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3653 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3654 reduction is enabled.
3655
3656 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3657 @item @samp{doloop_end}
3658 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3659 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3660 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3661 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3662 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3663 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3664 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3665 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3666 @xref{Looping Patterns}.
3667
3668 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3669 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3670 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3671 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3672 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3673 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3674 too large for this instruction, make it fail.
3675
3676 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3677 @item @samp{doloop_begin}
3678 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3679 need to perform some initialization, such as loading special registers
3680 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3681 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3682 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3683
3684
3685 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3686 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3687 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3688 into operand 0.
3689
3690 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3691 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3692 and also has mode @code{Pmode}.
3693
3694 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3695 the address of the function which would be called if the function
3696 pointer were used in an indirect call.
3697
3698 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3699 can have different values but still call the same function when
3700 used in an indirect call.
3701
3702 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3703 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3704 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3705 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3706 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3707 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3708 @item @samp{save_stack_block}
3709 @itemx @samp{save_stack_function}
3710 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3711 @itemx @samp{restore_stack_block}
3712 @itemx @samp{restore_stack_function}
3713 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3714 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3715 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3716 such machines.
3717
3718 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3719 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3720 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3721 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3722 saves and restores are:
3723
3724 @enumerate
3725 @item
3726 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3727 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3728 restores the stack pointer when the block is exited.
3729
3730 @item
3731 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3732 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3733 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3734 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3735 restore sequence on some machines.
3736
3737 @item
3738 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3739 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3740 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3741 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3742 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3743 and restoring additional data such as register window information or
3744 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3745 such required data.
3746 @end enumerate
3747
3748 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3749 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3750 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3751 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3752 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3753 for a particular type of save (either because no save is needed or
3754 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3755 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3756 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3757 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3758
3759 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3760 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3761 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3762
3763 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3764 @item @samp{allocate_stack}
3765 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3766 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3767
3768 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3769 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3770 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3771 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3772 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3773 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3774 stack is free.
3775
3776 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3777 Some machines require other operations such as stack probes or
3778 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3779 operations in addition to updating the stack pointer.
3780
3781 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3782 @item @samp{check_stack}
3783 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3784 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3785 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3786 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3787 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3788 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3789 limit from a global or thread-specific variable or register.
3790
3791 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3792 @item @samp{nonlocal_goto}
3793 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3794 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3795 each representing a value to be used in the jump.  The first
3796 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3797 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3798 the third is the address of a location where the stack is saved,
3799 and the last is the address of the label, to be placed in the
3800 location for the incoming static chain.
3801
3802 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3803 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3804 and static chain, restore the stack (using the
3805 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3806 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3807 not work on your machine.
3808
3809 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3810 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3811 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3812 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3813 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3814 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3815 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3816 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3817 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3818 There are no arguments.
3819
3820 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3821 @item @samp{exception_receiver}
3822 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3823 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3824 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3825 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3826 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3827 an exception.  There are no arguments.
3828
3829 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3830 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3831 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3832 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3833 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3834 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3835 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3836 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3837 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3838 the first three are normally used by the generic mechanism.
3839
3840 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3841 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3842 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3843 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3844 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3845 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3846 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3847 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3848 at a small offset from that label.
3849
3850 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3851 @item @samp{builtin_longjmp}
3852 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3853 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3854 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3855 @code{jmp_buf}.
3856
3857 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3858 @item @samp{eh_return}
3859 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3860 and thence the call frame exception handling library routines, are
3861 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3862 the abnormal return path.
3863
3864 The address of the exception handler to which the function should return
3865 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
3866 the pattern to some special register or memory location.
3867 If the pattern needs to determine the location of the target call
3868 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
3869 if defined; it will have already been assigned.
3870
3871 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
3872 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
3873 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
3874 handling is to be used.
3875
3876 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3877 @anchor{prologue instruction pattern}
3878 @item @samp{prologue}
3879 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3880 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3881 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3882
3883 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3884 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3885
3886 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3887 instruction scheduling.
3888
3889 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3890 @anchor{epilogue instruction pattern}
3891 @item @samp{epilogue}
3892 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3893 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3894 registers and emitting the return instruction.
3895
3896 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3897 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3898
3899 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3900 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3901
3902 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3903 @item @samp{sibcall_epilogue}
3904 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3905 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3906 sibling call (aka tail call) sites.
3907
3908 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3909 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3910 function.
3911
3912 @cindex @code{trap} instruction pattern
3913 @item @samp{trap}
3914 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3915 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3916 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3917
3918 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3919 @item @samp{conditional_trap}
3920 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3921 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3922
3923 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3924
3925 @smallexample
3926 (define_insn "conditional_trap"
3927   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3928              [(cc0) (const_int 0)])
3929             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3930   ""
3931   "@dots{}")
3932 @end smallexample
3933
3934 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3935 @item @samp{prefetch}
3936
3937 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3938 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3939 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3940 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3941 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3942 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3943 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3944 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3945 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3946
3947 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3948 the values of operands 1 and 2.
3949
3950 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
3951 @item @samp{memory_barrier}
3952
3953 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
3954 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
3955 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
3956 This pattern has no operands.
3957
3958 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
3959 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
3960
3961 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
3962 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
3963 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
3964 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
3965 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
3966 of the operation; it should contain the contents of the memory
3967 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
3968 a copy of operand 2.
3969
3970 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
3971
3972 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
3973 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
3974 operation and all memory operations after the atomic operation occur
3975 after the atomic operation.
3976
3977 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
3978 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
3979
3980 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
3981 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
3982 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
3983 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
3984
3985 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
3986 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
3987 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
3988 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
3989 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
3990
3991 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
3992 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
3993 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
3994 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
3995 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
3996 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
3997 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
3998 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
3999 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4000
4001 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4002 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4003 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4004
4005 The ``nand'' operation is @code{op0 & ~op1}.
4006
4007 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4008 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4009 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4010 after the atomic operation.
4011
4012 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4013 from a compare-and-swap operation, if defined.
4014
4015 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4016 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4017 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4018 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4019 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4020 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4021 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4022 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4023 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4024
4025 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4026 and return the value that the memory contained before the operation.
4027 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4028 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4029 to the binary operator.
4030
4031 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4032 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4033 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4034 after the atomic operation.
4035
4036 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4037 from a compare-and-swap operation, if defined.
4038
4039 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4040 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4041 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4042 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4043 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4044 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4045 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4046 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4047 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4048
4049 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4050 except that they return the value that exists in the memory location
4051 after the operation, rather than before the operation.
4052
4053 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4054 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4055
4056 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4057 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4058 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4059 is the value to set in the lock.
4060
4061 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4062 which the previous value in memory operand is copied into the result
4063 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4064
4065 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4066 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4067 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4068 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4069 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4070
4071 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4072 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4073 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4074
4075 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4076 a compare-and-swap operation, if defined.
4077
4078 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4079 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4080
4081 This pattern, if defined, releases a lock set by
4082 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4083 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4084
4085 If the target doesn't implement full semantics for
4086 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4087 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4088 of the memory operand are implementation defined.
4089
4090 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4091 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4092 released only after all previous memory operations have completed.
4093
4094 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4095 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4096
4097 @end table
4098
4099 @end ifset
4100 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4101 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4102 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4103 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4104 @ifset INTERNALS
4105 @node Pattern Ordering
4106 @section When the Order of Patterns Matters
4107 @cindex Pattern Ordering
4108 @cindex Ordering of Patterns
4109
4110 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4111 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4112 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4113 and faster instructions (those that will produce better code when they
4114 do match) should usually go first in the description.
4115
4116 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4117 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4118 instruction for converting a fullword to floating point and another
4119 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4120 an integer to floating point could match either one.  We put the
4121 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4122 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4123 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4124 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4125 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4126 constant value.
4127
4128 @end ifset
4129 @ifset INTERNALS
4130 @node Dependent Patterns
4131 @section Interdependence of Patterns
4132 @cindex Dependent Patterns
4133 @cindex Interdependence of Patterns
4134
4135 Every machine description must have a named pattern for each of the
4136 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4137 must always have the form
4138
4139 @smallexample
4140 (set (pc)
4141      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4142                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4143                    (pc)))
4144 @end smallexample
4145
4146 @noindent
4147 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4148 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4149 look like
4150
4151 @smallexample
4152 (set (pc)
4153      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4154                    (pc)
4155                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4156 @end smallexample
4157
4158 @noindent
4159 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4160 branches into reverse-conditional branches.
4161
4162 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4163 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4164 example,
4165
4166 @smallexample
4167 (define_insn ""
4168   [(set (pc)
4169         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4170                                       [(cc0) (const_int 0)])
4171                       (pc)
4172                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4173   "@var{condition}"
4174   "@dots{}")
4175 @end smallexample
4176
4177 In some cases machines support instructions identical except for the
4178 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4179 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4180 patterns are
4181
4182 @smallexample
4183 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4184      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4185
4186 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4187      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4188 @end smallexample
4189
4190 @noindent
4191 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4192 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4193 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4194 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4195 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4196 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4197
4198 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4199 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4200 compilations.
4201
4202 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4203 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4204 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4205 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4206 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4207 that supports register-register add insns by examining the operands and
4208 generating the appropriate machine instruction.
4209
4210 @end ifset
4211 @ifset INTERNALS
4212 @node Jump Patterns
4213 @section Defining Jump Instruction Patterns
4214 @cindex jump instruction patterns
4215 @cindex defining jump instruction patterns
4216
4217 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
4218 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
4219 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
4220 insn tests the condition code and branches or not according its value.
4221 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
4222 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
4223 way.
4224
4225 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
4226 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
4227 these machines is to treat them just like the others until the final stage
4228 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
4229 compare instruction, peek ahead at the following branch using
4230 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
4231 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
4232 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
4233 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
4234 can treat signed and unsigned branches identically.
4235
4236 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
4237 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
4238 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
4239 until the end.
4240
4241 To go with this technique, you must define the machine-description macro
4242 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
4243 compare instruction is superfluous.
4244
4245 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
4246 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
4247 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
4248 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
4249 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
4250
4251 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
4252 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
4253 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4254 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4255 above in addition to any special patterns you define.
4256
4257 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4258 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4259 these machines, the restriction that the definition and use of the
4260 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4261 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4262 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4263 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4264 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4265 separate the definition and use of the condition code register.
4266
4267 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4268 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4269 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4270 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4271 multiple condition registers, use a pseudo register.
4272
4273 @findex prev_cc0_setter
4274 @findex next_cc0_user
4275 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4276 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4277 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4278 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4279 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4280 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4281 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4282 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4283 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4284 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4285 and @code{next_cc0_user}.
4286
4287 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4288 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4289 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4290 we use the machine mode of the condition code register to record
4291 different formats of the condition code register.
4292
4293 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4294 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4295 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4296 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
4297 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose 
4298 a mode given an operand of a compare.
4299
4300 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4301 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4302 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4303 be specified at that time.
4304
4305 If the cases that require different modes would be made by instruction
4306 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4307 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4308 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4309 discussed above, we have the pattern
4310
4311 @smallexample
4312 (define_insn ""
4313   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4314         (compare:CC_NOOV
4315           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4316                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4317           (const_int 0)))]
4318   ""
4319   "@dots{}")
4320 @end smallexample
4321
4322 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4323 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4324
4325 @end ifset
4326 @ifset INTERNALS
4327 @node Looping Patterns
4328 @section Defining Looping Instruction Patterns
4329 @cindex looping instruction patterns
4330 @cindex defining looping instruction patterns
4331
4332 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4333 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4334 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4335 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4336 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4337 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4338 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4339 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4340 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4341 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4342 the jump.
4343
4344 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4345 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4346 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4347 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4348 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4349 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4350 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4351 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4352 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4353 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4354 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4355 following for its @code{dbra} instruction:
4356
4357 @smallexample
4358 @group
4359 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4360   [(set (pc)
4361         (if_then_else
4362           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4363                        (const_int -1))
4364               (const_int 0))
4365           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4366           (pc)))
4367    (set (match_dup 0)
4368         (plus:SI (match_dup 0)
4369                  (const_int -1)))]
4370   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4371   "@dots{}")
4372 @end group
4373 @end smallexample
4374
4375 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4376 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4377 since this insn is generated by the instruction combination phase
4378 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4379 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4380 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4381 pattern will not be matched by the combiner.
4382
4383 @smallexample
4384 @group
4385 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4386   [(set (pc)
4387         (if_then_else
4388           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4389               (const_int 1))
4390           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4391           (pc)))
4392    (set (match_dup 0)
4393         (plus:SI (match_dup 0)
4394                  (const_int -1)))]
4395   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4396   "@dots{}")
4397 @end group
4398 @end smallexample
4399
4400 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4401 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4402 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4403 information collected during strength reduction.
4404
4405 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4406 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4407 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4408 needed for some low-overhead looping instructions.
4409
4410 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4411 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4412 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4413 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4414 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4415 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4416 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4417 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4418 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4419 desired special iteration counter register was not allocated, this
4420 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4421 instruction pair.
4422
4423 The essential difference between the
4424 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4425 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4426 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4427 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4428 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4429 may become redundant and removed by the flow pass.
4430
4431
4432 @end ifset
4433 @ifset INTERNALS
4434 @node Insn Canonicalizations
4435 @section Canonicalization of Instructions
4436 @cindex canonicalization of instructions
4437 @cindex insn canonicalization
4438
4439 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4440 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4441 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4442 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4443 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4444 number of insn patterns required.
4445
4446 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4447 are performed:
4448
4449 @itemize @bullet
4450 @item
4451 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4452 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4453 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4454 be supplied.
4455
4456 @item
4457 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4458 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4459 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4460 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4461 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4462 floating-point.
4463
4464 @item
4465 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4466 @cindex @code{not}, canonicalization of
4467 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4468 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4469 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4470 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4471 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4472 first operand.
4473
4474 @item
4475 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4476 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4477 the operations as far as possible.  For instance,
4478 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4479 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4480 @code{(minus A (mult B C))}.
4481
4482 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4483 @item
4484 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4485 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4486 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4487 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4488 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4489 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4490 such an instruction.
4491
4492 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4493 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4494 above.
4495
4496 @item
4497 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4498 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4499
4500 @item
4501 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
4502 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
4503
4504 @cindex @code{ior}, canonicalization of
4505 @cindex @code{and}, canonicalization of
4506 @cindex De Morgan's law
4507 @item
4508 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
4509 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
4510 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
4511
4512 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
4513 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
4514 for that instruction as
4515
4516 @smallexample
4517 (define_insn ""
4518   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4519         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4520                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
4521   "@dots{}"
4522   "@dots{}")
4523 @end smallexample
4524
4525 @noindent
4526 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
4527
4528 @smallexample
4529 (define_insn ""
4530   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4531         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
4532                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
4533   "@dots{}"
4534   "@dots{}")
4535 @end smallexample
4536
4537 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
4538 logically equivalent RTL expressions.
4539
4540 @cindex @code{xor}, canonicalization of
4541 @item
4542 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
4543 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
4544 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
4545
4546 @item
4547 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
4548 the form
4549
4550 @smallexample
4551 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
4552 @end smallexample
4553
4554 @item
4555 On machines that do not use @code{cc0},
4556 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
4557 @var{x}.
4558
4559 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
4560 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
4561 @item
4562 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
4563 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
4564 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
4565
4566 @end itemize
4567
4568 @end ifset
4569 @ifset INTERNALS
4570 @node Expander Definitions
4571 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
4572 @cindex expander definitions
4573 @cindex code generation RTL sequences
4574 @cindex defining RTL sequences for code generation
4575
4576 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
4577 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
4578 represent them.  For these target machines, you can write a
4579 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
4580
4581 @findex define_expand
4582 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
4583 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
4584 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
4585
4586 A @code{define_expand} RTX has four operands:
4587
4588 @itemize @bullet
4589 @item
4590 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
4591 use for it is to refer to it by name.
4592
4593 @item
4594 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
4595 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
4596 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
4597
4598 @item
4599 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
4600 used to express how the availability of this pattern depends on
4601 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
4602 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
4603 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
4604 depend on the data in the insn being matched, but only the
4605 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
4606 during initialization in order to learn exactly which named instructions
4607 are available in a particular run.
4608
4609 @item
4610 The preparation statements, a string containing zero or more C
4611 statements which are to be executed before RTL code is generated from
4612 the RTL template.
4613
4614 Usually these statements prepare temporary registers for use as
4615 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
4616 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
4617 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
4618 @end itemize
4619
4620 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
4621 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
4622 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
4623 it.
4624
4625 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
4626 also describes the operands that need to be specified when this pattern
4627 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
4628
4629 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
4630 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
4631 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
4632 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
4633 information to preload the operand into a register if that is required for
4634 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
4635 references should use @code{match_dup}.
4636
4637 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
4638 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
4639 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
4640 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
4641 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
4642 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
4643 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
4644 compute the values and store them into the appropriate elements of
4645 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
4646
4647 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
4648 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
4649 as a statement.
4650
4651 @table @code
4652
4653 @findex DONE
4654 @item DONE
4655 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
4656 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
4657 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
4658 preparation statements; the RTL template will not be generated.
4659
4660 @findex FAIL
4661 @item FAIL
4662 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
4663 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
4664 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4665
4666 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4667 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4668 operations.
4669 @end table
4670
4671 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4672 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4673 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4674 insn.
4675
4676 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4677 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4678 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4679 list of operands, such as this example:
4680
4681 @smallexample
4682 @group
4683 (define_expand "addsi3"
4684   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4685    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4686    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4687 @end group
4688 @group
4689   ""
4690   "
4691 @{
4692   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4693   DONE;
4694 @}")
4695 @end group
4696 @end smallexample
4697
4698 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4699
4700 @smallexample
4701 @group
4702 (define_expand "ashlsi3"
4703   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4704         (ashift:SI
4705 @end group
4706 @group
4707           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4708           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4709   ""
4710   "
4711 @end group
4712 @end smallexample
4713
4714 @smallexample
4715 @group
4716 @{
4717   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4718       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4719     FAIL;
4720 @}")
4721 @end group
4722 @end smallexample
4723
4724 @noindent
4725 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4726 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4727 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4728 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4729 library call).
4730
4731 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4732 patterns with names, then it would be possible to use a
4733 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4734 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4735
4736 @smallexample
4737 (define_expand "zero_extendhisi2"
4738   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4739         (const_int 0))
4740    (set (strict_low_part
4741           (subreg:HI
4742             (match_dup 0)
4743             0))
4744         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4745   ""
4746   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4747 @end smallexample
4748
4749 @noindent
4750 @findex make_safe_from
4751 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4752 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4753 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4754 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4755 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4756 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4757 by emitting another RTL insn.
4758
4759 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4760 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4761 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4762 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4763 on this machine.  So it must be copied into a register with
4764 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4765
4766 @smallexample
4767 (define_expand "zero_extendhisi2"
4768   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4769         (and:SI (subreg:SI
4770                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4771                   0)
4772                 (match_dup 2)))]
4773   ""
4774   "operands[2]
4775      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4776 @end smallexample
4777
4778 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4779 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4780 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4781 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4782 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4783 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4784 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4785 in the compiler.
4786
4787 @end ifset
4788 @ifset INTERNALS
4789 @node Insn Splitting
4790 @section Defining How to Split Instructions
4791 @cindex insn splitting
4792 @cindex instruction splitting
4793 @cindex splitting instructions
4794
4795 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4796 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4797 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4798 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4799 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4800 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4801 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4802 cannot be placed into a delay slot.
4803
4804 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4805 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4806 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4807 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4808 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4809 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4810 scheduling.
4811
4812 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4813 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4814 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4815 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4816 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4817 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4818 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4819 split the addition into two insns is machine-dependent.
4820
4821 @findex define_split
4822 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4823 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4824
4825 @smallexample
4826 (define_split
4827   [@var{insn-pattern}]
4828   "@var{condition}"
4829   [@var{new-insn-pattern-1}
4830    @var{new-insn-pattern-2}
4831    @dots{}]
4832   "@var{preparation-statements}")
4833 @end smallexample
4834
4835 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4836 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4837 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4838 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4839 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4840 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4841
4842 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4843 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4844 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4845 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4846 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4847 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4848 must not allocate any space in the stack frame.
4849
4850 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4851 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4852 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4853 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4854 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4855 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4856 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4857 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4858 of those definitions.
4859
4860 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4861 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4862 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4863
4864 @smallexample
4865 (define_split
4866   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4867         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4868   ""
4869   [(set (match_dup 0)
4870         (ashift:SI (match_dup 1)
4871                    (const_int 16)))
4872    (set (match_dup 0)
4873         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4874                      (const_int 16)))]
4875   "
4876 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4877 @end smallexample
4878
4879 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4880 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4881 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4882 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4883 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4884 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4885 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4886 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4887 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4888 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4889
4890 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4891 @file{rs6000.md}:
4892
4893 @smallexample
4894 (define_split
4895   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4896         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4897                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4898   ""
4899   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4900    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4901 "
4902 @{
4903   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4904   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4905
4906   if (low & 0x8000)
4907     high++, low |= 0xffff0000;
4908
4909   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4910   operands[4] = GEN_INT (low);
4911 @}")
4912 @end smallexample
4913
4914 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4915 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4916 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4917 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4918
4919 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4920 an equality comparison of a register and a large constant:
4921
4922 @smallexample
4923 (define_split
4924   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4925         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4926                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4927    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4928   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4929    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4930        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4931   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4932    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4933   "
4934 @{
4935   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4936      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4937      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
4938
4939   int c = INTVAL (operands[2]);
4940   int sextc = (c << 16) >> 16;
4941   int xorv = c ^ sextc;
4942
4943   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4944   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4945 @}")
4946 @end smallexample
4947
4948 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4949 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4950 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4951 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4952 are not valid.
4953
4954 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4955 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4956 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4957 several restriction apply.
4958
4959 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4960 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4961 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4962 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4963 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4964 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
4965 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
4966 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4967 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
4968 forward jumps to the newly created labels.
4969
4970 @findex define_insn_and_split
4971 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4972 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4973 this:
4974
4975 @smallexample
4976 (define_insn_and_split
4977   [@var{insn-pattern}]
4978   "@var{condition}"
4979   "@var{output-template}"
4980   "@var{split-condition}"
4981   [@var{new-insn-pattern-1}
4982    @var{new-insn-pattern-2}
4983    @dots{}]
4984   "@var{preparation-statements}"
4985   [@var{insn-attributes}])
4986
4987 @end smallexample
4988
4989 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4990 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4991 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4992 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4993 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4994 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4995 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4996 from i386.md:
4997
4998 @smallexample
4999 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5000   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5001      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5002    (clobber (reg:CC 17))]
5003   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5004   "#"
5005   "&& reload_completed"
5006   [(parallel [(set (match_dup 0)
5007                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5008               (clobber (reg:CC 17))])]
5009   ""
5010   [(set_attr "type" "alu1")])
5011
5012 @end smallexample
5013
5014 In this case, the actual split condition will be
5015 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5016
5017 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5018 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5019 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5020 having to ensure the two patterns' templates match.
5021
5022 @end ifset
5023 @ifset INTERNALS
5024 @node Including Patterns
5025 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5026 @cindex insn includes
5027
5028 @findex include
5029 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5030 look for patterns that are in files other than in the file
5031 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5032
5033 It looks like:
5034
5035 @smallexample
5036
5037 (include
5038   @var{pathname})
5039 @end smallexample
5040
5041 For example:
5042
5043 @smallexample
5044
5045 (include "filestuff")
5046
5047 @end smallexample
5048
5049 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5050 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5051 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5052
5053
5054 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5055 and placed into subdirectories.
5056
5057 By specifying:
5058
5059 @smallexample
5060
5061 (include "BOGUS/filestuff")
5062
5063 @end smallexample
5064
5065 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5066
5067 Specifying an absolute path for the include file such as;
5068 @smallexample
5069
5070 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5071
5072 @end smallexample
5073 is permitted but is not encouraged.
5074
5075 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5076 @cindex directory options .md
5077 @cindex options, directory search
5078 @cindex search options
5079
5080 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5081 For example:
5082
5083 @smallexample
5084
5085 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5086
5087 @end smallexample
5088
5089
5090 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5091 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5092 file, substituting your own version, since these directories are
5093 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5094 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5095 order; the standard default directory come after.
5096
5097
5098 @end ifset
5099 @ifset INTERNALS
5100 @node Peephole Definitions
5101 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5102 @cindex peephole optimizer definitions
5103 @cindex defining peephole optimizers
5104
5105 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5106 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5107
5108 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5109 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5110 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5111 though the second one does not appear to use a register computed in the
5112 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5113 opportunities.
5114
5115 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5116 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5117 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5118 is deprecated.
5119
5120 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5121 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5122 but before scheduling, which may result in much better code for
5123 targets that do scheduling.
5124
5125 @menu
5126 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5127 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5128 @end menu
5129
5130 @end ifset
5131 @ifset INTERNALS
5132 @node define_peephole
5133 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5134 @findex define_peephole
5135
5136 @need 1000
5137 A definition looks like this:
5138
5139 @smallexample
5140 (define_peephole
5141   [@var{insn-pattern-1}
5142    @var{insn-pattern-2}
5143    @dots{}]
5144   "@var{condition}"
5145   "@var{template}"
5146   "@var{optional-insn-attributes}")
5147 @end smallexample
5148
5149 @noindent
5150 The last string operand may be omitted if you are not using any
5151 machine-specific information in this machine description.  If present,
5152 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5153
5154 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5155 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5156 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5157 the next, and so on.
5158
5159 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5160 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5161 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5162 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5163 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5164 stages.
5165
5166 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5167 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5168 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5169 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5170 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5171 other.
5172
5173 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5174 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5175 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5176 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5177 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5178
5179 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5180 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5181 previously tested.
5182
5183 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5184 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5185 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5186 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5187 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5188 patterns.
5189
5190 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5191 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5192 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5193 the operands.
5194
5195 @findex prev_active_insn
5196 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5197 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5198 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5199 to refer to the last of the insns being matched; use
5200 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5201
5202 @findex dead_or_set_p
5203 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5204 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5205 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5206 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5207 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5208 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5209 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5210
5211 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
5212 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
5213 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
5214 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
5215 used in matching the original sequence of insns.
5216
5217 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
5218 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
5219 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
5220 as the insn pattern to control how the insn is output.
5221
5222 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
5223 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
5224
5225 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
5226
5227 @smallexample
5228 (define_peephole
5229   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
5230    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
5231         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
5232   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
5233 @{
5234   rtx xoperands[2];
5235   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
5236 #ifdef MOTOROLA
5237   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
5238   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
5239   return "fmove.d (sp)+,%0";
5240 #else
5241   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
5242   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
5243   return "fmoved sp@@+,%0";
5244 #endif
5245 @})
5246 @end smallexample
5247
5248 @need 1000
5249 The effect of this optimization is to change
5250
5251 @smallexample
5252 @group
5253 jbsr _foobar
5254 addql #4,sp
5255 movel d1,sp@@-
5256 movel d0,sp@@-
5257 fmoved sp@@+,fp0
5258 @end group
5259 @end smallexample
5260
5261 @noindent
5262 into
5263
5264 @smallexample
5265 @group
5266 jbsr _foobar
5267 movel d1,sp@@
5268 movel d0,sp@@-
5269 fmoved sp@@+,fp0
5270 @end group
5271 @end smallexample
5272
5273 @ignore
5274 @findex CC_REVERSED
5275 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5276 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5277 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5278 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5279 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5280 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5281 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5282 and in this C code check the condition code status flags and change the
5283 assembler code as appropriate.
5284 @end ignore
5285
5286 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5287 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5288 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5289 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5290 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5291 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5292 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5293 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5294 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5295
5296 @smallexample
5297 (define_insn "divmodsi4"
5298   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5299         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5300                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5301    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5302         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5303   "TARGET_68020"
5304   "divsl%.l %2,%3:%0")
5305 @end smallexample
5306
5307 @noindent
5308 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5309
5310 @smallexample
5311 (define_peephole
5312   [@dots{}
5313    (parallel
5314     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5315           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5316                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5317      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5318           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5319    @dots{}]
5320   @dots{})
5321 @end smallexample
5322
5323 @end ifset
5324 @ifset INTERNALS
5325 @node define_peephole2
5326 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5327 @findex define_peephole2
5328
5329 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5330 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5331 what additional scratch registers may be needed and what their
5332 lifetimes must be.
5333
5334 @smallexample
5335 (define_peephole2
5336   [@var{insn-pattern-1}
5337    @var{insn-pattern-2}
5338    @dots{}]
5339   "@var{condition}"
5340   [@var{new-insn-pattern-1}
5341    @var{new-insn-pattern-2}
5342    @dots{}]
5343   "@var{preparation-statements}")
5344 @end smallexample
5345
5346 The definition is almost identical to @code{define_split}
5347 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5348 single instruction, but a sequence of instructions.
5349
5350 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5351 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5352 will simply not match.
5353
5354 @findex match_scratch
5355 @findex match_dup
5356 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5357 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5358 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5359 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5360 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5361 at which the register must be available.
5362
5363 Here is an example from the IA-32 machine description:
5364
5365 @smallexample
5366 (define_peephole2
5367   [(match_scratch:SI 2 "r")
5368    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5369                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5370                      [(match_dup 0)
5371                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5372               (clobber (reg:CC 17))])]
5373   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5374   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5375    (parallel [(set (match_dup 0)
5376                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5377               (clobber (reg:CC 17))])]
5378   "")
5379 @end smallexample
5380
5381 @noindent
5382 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5383 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5384 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5385 to be live only at the point just before the arithmetic.
5386
5387 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5388 so here's a silly made-up example:
5389
5390 @smallexample
5391 (define_peephole2
5392   [(match_scratch:SI 4 "r")
5393    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5394    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5395    (match_dup 4)
5396    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5397   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5398   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5399    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5400    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5401    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5402   "")
5403 @end smallexample
5404
5405 @noindent
5406 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5407 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5408 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5409
5410 @end ifset
5411 @ifset INTERNALS
5412 @node Insn Attributes
5413 @section Instruction Attributes
5414 @cindex insn attributes
5415 @cindex instruction attributes
5416
5417 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5418 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5419 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5420 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5421 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5422 to track the condition codes.
5423
5424 @menu
5425 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5426 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5427 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5428 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5429 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5430 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5431 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5432 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5433 @end menu
5434
5435 @end ifset
5436 @ifset INTERNALS
5437 @node Defining Attributes
5438 @subsection Defining Attributes and their Values
5439 @cindex defining attributes and their values
5440 @cindex attributes, defining
5441
5442 @findex define_attr
5443 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5444 by the target machine.  It looks like:
5445
5446 @smallexample
5447 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5448 @end smallexample
5449
5450 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5451
5452 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5453 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5454 indicate that the attribute takes numeric values.
5455
5456 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5457 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5458 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5459 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5460 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5461
5462 @findex insn-attr.h
5463 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5464 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5465 specified for an attribute, the following are defined:
5466
5467 @itemize @bullet
5468 @item
5469 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5470
5471 @item
5472 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5473 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5474 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5475
5476 @item
5477 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5478 returns the attribute value for that insn.
5479 @end itemize
5480
5481 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5482
5483 @smallexample
5484 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5485 @end smallexample
5486
5487 @noindent
5488 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5489
5490 @smallexample
5491 #define HAVE_ATTR_type
5492 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5493                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5494 extern enum attr_type get_attr_type ();
5495 @end smallexample
5496
5497 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5498 defined and the function to obtain the attribute's value will return
5499 @code{int}.
5500
5501 @end ifset
5502 @ifset INTERNALS
5503 @node Expressions
5504 @subsection Attribute Expressions
5505 @cindex attribute expressions
5506
5507 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
5508 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
5509 Attribute value expressions must have one of the following forms:
5510
5511 @table @code
5512 @cindex @code{const_int} and attributes
5513 @item (const_int @var{i})
5514 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
5515 must be non-negative.
5516
5517 The value of a numeric attribute can be specified either with a
5518 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
5519 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
5520 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
5521 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
5522
5523 @cindex @code{const_string} and attributes
5524 @item (const_string @var{value})
5525 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
5526 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
5527 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
5528 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
5529 of a @code{define_attr}.
5530
5531 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
5532 must be a string containing a non-negative integer (normally
5533 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
5534 contain one of the valid values for the attribute.
5535
5536 @cindex @code{if_then_else} and attributes
5537 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
5538 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
5539 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
5540 otherwise it is @var{false-value}.
5541
5542 @cindex @code{cond} and attributes
5543 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
5544 The first operand of this expression is a vector containing an even
5545 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
5546 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
5547 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
5548 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
5549 expression is that of the @var{default} expression.
5550 @end table
5551
5552 @var{test} expressions can have one of the following forms:
5553
5554 @table @code
5555 @cindex @code{const_int} and attribute tests
5556 @item (const_int @var{i})
5557 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
5558
5559 @cindex @code{not} and attributes
5560 @cindex @code{ior} and attributes
5561 @cindex @code{and} and attributes
5562 @item (not @var{test})
5563 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
5564 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
5565 These tests are true if the indicated logical function is true.
5566
5567 @cindex @code{match_operand} and attributes
5568 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
5569 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
5570 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
5571 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
5572 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
5573 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
5574 string).
5575
5576 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
5577
5578 @cindex @code{le} and attributes
5579 @cindex @code{leu} and attributes
5580 @cindex @code{lt} and attributes
5581 @cindex @code{gt} and attributes
5582 @cindex @code{gtu} and attributes
5583 @cindex @code{ge} and attributes
5584 @cindex @code{geu} and attributes
5585 @cindex @code{ne} and attributes
5586 @cindex @code{eq} and attributes
5587 @cindex @code{plus} and attributes
5588 @cindex @code{minus} and attributes
5589 @cindex @code{mult} and attributes
5590 @cindex @code{div} and attributes
5591 @cindex @code{mod} and attributes
5592 @cindex @code{abs} and attributes
5593 @cindex @code{neg} and attributes
5594 @cindex @code{ashift} and attributes
5595 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
5596 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
5597 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
5598 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
5599 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
5600 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
5601 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
5602 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
5603 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
5604 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
5605 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
5606 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
5607 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
5608 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
5609 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
5610 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
5611 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
5612
5613 @findex get_attr
5614 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
5615 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
5616 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
5617 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
5618 variable.
5619
5620 @findex eq_attr
5621 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
5622 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
5623
5624 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
5625 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
5626 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
5627 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
5628 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
5629 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
5630 @emph{not} in the specified list.
5631
5632 For example,
5633
5634 @smallexample
5635 (eq_attr "type" "load,store")
5636 @end smallexample
5637
5638 @noindent
5639 is equivalent to
5640
5641 @smallexample
5642 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
5643 @end smallexample
5644
5645 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
5646 value of the compiler variable @code{which_alternative}
5647 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
5648 example,
5649
5650 @smallexample
5651 (eq_attr "alternative" "2,3")
5652 @end smallexample
5653
5654 @noindent
5655 is equivalent to
5656
5657 @smallexample
5658 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
5659      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
5660 @end smallexample
5661
5662 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
5663 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
5664 a particular pattern.  This is by far the most common case.
5665
5666 @findex attr_flag
5667 @item (attr_flag @var{name})
5668 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
5669 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
5670 scheduled.
5671
5672 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
5673 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
5674 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
5675 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
5676 if a conditional branch is expected to be taken.
5677
5678 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
5679 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
5680
5681 This example describes a conditional branch delay slot which
5682 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5683 for backward branches which are not taken (annul-false).
5684
5685 @smallexample
5686 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5687   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5688    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5689         (attr_flag "forward"))
5690    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5691         (attr_flag "backward"))])
5692 @end smallexample
5693
5694 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5695 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5696
5697 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5698 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5699 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5700 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5701
5702 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5703 meaning to other passes of the compiler.
5704
5705 @findex attr
5706 @item (attr @var{name})
5707 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5708 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5709 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5710 @end table
5711
5712 @end ifset
5713 @ifset INTERNALS
5714 @node Tagging Insns
5715 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5716 @cindex tagging insns
5717 @cindex assigning attribute values to insns
5718
5719 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5720 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5721 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5722 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5723 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5724 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5725 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5726 permits the specification of the values for only one or two attributes
5727 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5728 next section.
5729
5730 The optional last argument of @code{define_insn} and
5731 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5732 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5733 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5734 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5735 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5736 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5737
5738 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5739 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5740 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5741 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5742 each alternative.
5743
5744 @findex set_attr
5745 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5746 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5747 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5748 of attribute values, one for each alternative.
5749
5750 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5751 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5752
5753 @table @code
5754 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5755 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5756 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5757 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5758 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5759
5760 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5761 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5762 that alternative.
5763
5764 @findex set_attr_alternative
5765 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5766 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5767 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5768 tests on the @samp{alternative} attribute.
5769
5770 @findex attr
5771 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5772 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5773 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5774 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5775 @end table
5776
5777 The following shows three different ways of representing the same
5778 attribute value specification:
5779
5780 @smallexample
5781 (set_attr "type" "load,store,arith")
5782
5783 (set_attr_alternative "type"
5784                       [(const_string "load") (const_string "store")
5785                        (const_string "arith")])
5786
5787 (set (attr "type")
5788      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5789             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5790            (const_string "arith")))
5791 @end smallexample
5792
5793 @need 1000
5794 @findex define_asm_attributes
5795 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5796 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5797 statement.  It has the form:
5798
5799 @smallexample
5800 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5801 @end smallexample
5802
5803 @noindent
5804 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5805 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5806
5807 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5808 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5809
5810 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5811 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5812 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5813 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5814 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5815 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5816 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5817 of a single machine instruction.
5818
5819 @end ifset
5820 @ifset INTERNALS
5821 @node Attr Example
5822 @subsection Example of Attribute Specifications
5823 @cindex attribute specifications example
5824 @cindex attribute specifications
5825
5826 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5827 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5828 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5829 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5830 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5831
5832 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5833 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5834 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5835 operations, floating point operations, and branches.
5836
5837 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5838 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5839 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5840 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5841 changed if the item previously set into the condition code has been
5842 modified.
5843
5844 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5845
5846 @smallexample
5847 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5848
5849 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5850              (cond [(eq_attr "type" "load")
5851                         (const_string "change0")
5852                     (eq_attr "type" "store,branch")
5853                         (const_string "unchanged")
5854                     (eq_attr "type" "arith")
5855                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5856                                       (const_string "set")
5857                                       (const_string "clobber"))]
5858                    (const_string "clobber")))
5859
5860 (define_insn ""
5861   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5862         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5863   ""
5864   "@@
5865    move %0,%1
5866    load %0,%1
5867    store %0,%1"
5868   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5869 @end smallexample
5870
5871 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5872 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5873 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5874 full-word result.
5875
5876 @end ifset
5877 @ifset INTERNALS
5878 @node Insn Lengths
5879 @subsection Computing the Length of an Insn
5880 @cindex insn lengths, computing
5881 @cindex computing the length of an insn
5882
5883 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5884 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5885 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5886 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
5887 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5888 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5889
5890 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
5891 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5892
5893 @table @code
5894 @cindex @code{match_dup} and attributes
5895 @item (match_dup @var{n})
5896 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5897 must be a @code{label_ref}.
5898
5899 @cindex @code{pc} and attributes
5900 @item (pc)
5901 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5902 been more consistent with other usage to make this the address of the
5903 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5904 current insn is to be computed.
5905 @end table
5906
5907 @cindex @code{addr_vec}, length of
5908 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5909 For normal insns, the length will be determined by value of the
5910 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5911 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5912 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5913
5914 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5915
5916 The following macros can be used to refine the length computation:
5917
5918 @table @code
5919 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5920 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5921 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5922 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5923 that contains the initially computed length of the insn and should be
5924 updated with the correct length of the insn.
5925
5926 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5927 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5928 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5929 may be required.
5930 @end table
5931
5932 @findex get_attr_length
5933 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5934 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5935 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5936 example below illustrates.
5937
5938 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5939 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5940 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5941 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5942 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5943
5944 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5945 as follows:
5946
5947 @smallexample
5948 (define_insn "jump"
5949   [(set (pc)
5950         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5951   ""
5952 @{
5953    return (get_attr_length (insn) == 4
5954            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5955 @}
5956   [(set (attr "length")
5957         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5958                       (const_int 4)
5959                       (const_int 6)))])
5960 @end smallexample
5961
5962 @end ifset
5963 @ifset INTERNALS
5964 @node Constant Attributes
5965 @subsection Constant Attributes
5966 @cindex constant attributes
5967
5968 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5969 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5970 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5971 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5972
5973 @smallexample
5974 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5975  (const
5976   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5977          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5978         (const_string "m88000"))))
5979
5980 (define_attr "memory" "fast,slow"
5981  (const
5982   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5983                 (const_string "fast")
5984                 (const_string "slow"))))
5985 @end smallexample
5986
5987 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5988 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5989 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5990 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5991 forms involving insn attributes.
5992
5993 @end ifset
5994 @ifset INTERNALS
5995 @node Delay Slots
5996 @subsection Delay Slot Scheduling
5997 @cindex delay slots, defining
5998
5999 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6000 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6001 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6002 after the instruction are executed as if they were located before it.
6003 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6004 the following instruction before the branch or call is performed.
6005
6006 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6007 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6008 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6009 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6010 annul if the branch is false are supported.
6011
6012 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6013 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6014 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6015 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6016 instruction scheduling.
6017
6018 @findex define_delay
6019 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6020 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6021
6022 @smallexample
6023 (define_delay @var{test}
6024               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6025                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6026                @dots{}])
6027 @end smallexample
6028
6029 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6030 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6031 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6032 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6033 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6034 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6035 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6036 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6037 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6038
6039 For example, in the common case where branch and call insns require
6040 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6041 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6042
6043 @smallexample
6044 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6045               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6046 @end smallexample
6047
6048 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6049 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6050 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6051 expressions are both true.
6052
6053 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6054 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6055 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6056 branch is true, we might represent this as follows:
6057
6058 @smallexample
6059 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6060    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6061     (eq_attr "type" "!branch,call")
6062     (nil)])
6063
6064 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6065               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6066                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6067 @end smallexample
6068 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6069
6070 @end ifset
6071 @ifset INTERNALS
6072 @node Processor pipeline description
6073 @subsection Specifying processor pipeline description
6074 @cindex processor pipeline description
6075 @cindex processor functional units
6076 @cindex instruction latency time
6077 @cindex interlock delays
6078 @cindex data dependence delays
6079 @cindex reservation delays
6080 @cindex pipeline hazard recognizer
6081 @cindex automaton based pipeline description
6082 @cindex regular expressions
6083 @cindex deterministic finite state automaton
6084 @cindex automaton based scheduler
6085 @cindex RISC
6086 @cindex VLIW
6087
6088 To achieve better performance, most modern processors
6089 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6090 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6091 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6092 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6093 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6094 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6095 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6096 MIPS processors).
6097
6098 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6099 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6100 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6101 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6102 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6103 are not available but will be ready in given time after the
6104 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6105 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6106 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6107 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6108 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6109 means that two instructions under execution will be in need of shared
6110 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6111 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6112 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6113 processors.
6114
6115 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6116 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6117 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6118 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6119 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6120 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6121 @dfn{regular expressions}.
6122
6123 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6124 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6125 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6126 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6127 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6128 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6129 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6130 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6131 furthermore, its speed is not dependent on processor
6132 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6133   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6134   can split orthogonal parts of the machine description among several
6135   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6136   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6137
6138 @cindex automaton based pipeline description
6139 The rest of this section describes the directives that constitute
6140 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6141 these constructions within the machine description file is not
6142 important.
6143
6144 @findex define_automaton
6145 @cindex pipeline hazard recognizer
6146 The following optional construction describes names of automata
6147 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6148 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6149 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6150 units to the automata, the total size of the automata is usually
6151 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6152 construction, only one finite state automaton is generated.
6153
6154 @smallexample
6155 (define_automaton @var{automata-names})
6156 @end smallexample
6157
6158 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6159 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6160 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6161 @code{define_query_cpu_unit}.
6162
6163 @findex define_cpu_unit
6164 @cindex processor functional units
6165 Each processor functional unit used in the description of instruction
6166 reservations should be described by the following construction.
6167
6168 @smallexample
6169 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6170 @end smallexample
6171
6172 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6173 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6174 for other goals.
6175
6176 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6177 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6178 construction @code{define_automaton}.  You should give
6179 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6180
6181 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6182 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6183 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6184 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6185 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6186 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6187 description of the subsequent constructions.
6188
6189 @findex define_query_cpu_unit
6190 @cindex querying function unit reservations
6191 The following construction describes CPU functional units analogously
6192 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6193 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6194 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6195 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6196 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6197 @acronym{VLIW} insn templates).
6198
6199 @smallexample
6200 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6201 @end smallexample
6202
6203 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6204 separated by commas.
6205
6206 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6207 which the unit is bound.
6208
6209 @findex define_insn_reservation
6210 @cindex instruction latency time
6211 @cindex regular expressions
6212 @cindex data bypass
6213 The following construction is the major one to describe pipeline
6214 characteristics of an instruction.
6215
6216 @smallexample
6217 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
6218                          @var{condition} @var{regexp})
6219 @end smallexample
6220
6221 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
6222 instruction.  There is an important difference between the old
6223 description and the automaton based pipeline description.  The latency
6224 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
6225 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
6226 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
6227 zero and the cost of output dependencies is the difference between
6228 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
6229 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
6230 change the default costs for any description by using the target hook
6231 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
6232
6233 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
6234 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
6235 the automaton description file generated for debugging.  The internal
6236 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
6237 good practice to use insn classes described in the processor manual.
6238
6239 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
6240 construction.  You should remember that you will be in trouble if
6241 @var{condition} for two or more different
6242 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
6243 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
6244 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
6245 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
6246 the same value is quite difficult (especially if the conditions
6247 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
6248 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
6249 recognizer considerably.
6250
6251 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
6252 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
6253 expression according to the following syntax:
6254
6255 @smallexample
6256        regexp = regexp "," oneof
6257               | oneof
6258
6259        oneof = oneof "|" allof
6260              | allof
6261
6262        allof = allof "+" repeat
6263              | repeat
6264
6265        repeat = element "*" number
6266               | element
6267
6268        element = cpu_function_unit_name
6269                | reservation_name
6270                | result_name
6271                | "nothing"
6272                | "(" regexp ")"
6273 @end smallexample
6274
6275 @itemize @bullet
6276 @item
6277 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6278 the reservation.
6279
6280 @item
6281 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6282 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6283 regular expression @strong{or} etc.
6284
6285 @item
6286 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6287 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6288 second regular expression @strong{and} etc.
6289
6290 @item
6291 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6292 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6293 advancing (see @samp{,}).
6294
6295 @item
6296 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6297 functional unit.
6298
6299 @item
6300 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6301 @samp{define_reservation}.
6302
6303 @item
6304 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6305 @end itemize
6306
6307 @findex define_reservation
6308 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6309 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6310 the common part by the following construction
6311
6312 @smallexample
6313 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6314 @end smallexample
6315
6316 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6317 Functional unit names and reservation names are in the same name
6318 space.  So the reservation names should be different from the
6319 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6320
6321 @findex define_bypass
6322 @cindex instruction latency time
6323 @cindex data bypass
6324 The following construction is used to describe exceptions in the
6325 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6326
6327 @smallexample
6328 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6329                [@var{guard}])
6330 @end smallexample
6331
6332 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6333 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6334 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6335 the string are separated by commas.
6336
6337 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6338 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6339 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6340 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6341 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6342 of insn @samp{store} (not a stored value).
6343
6344 @findex exclusion_set
6345 @findex presence_set
6346 @findex final_presence_set
6347 @findex absence_set
6348 @findex final_absence_set
6349 @cindex VLIW
6350 @cindex RISC
6351 The following five constructions are usually used to describe
6352 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6353 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6354 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6355
6356 @smallexample
6357 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6358 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6359 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6360 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6361 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6362 @end smallexample
6363
6364 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6365 separated by commas.
6366
6367 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6368 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
6369 separated by white-spaces.
6370
6371 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6372 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6373 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6374 example, the construction is useful for describing processors
6375 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6376 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6377 point insns or only double floating point insns.
6378
6379 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6380 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6381 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6382 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6383 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6384 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6385 construction
6386
6387 @smallexample
6388 (presence_set "slot1" "slot0")
6389 @end smallexample
6390
6391 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6392 reservation.  In this case we could write
6393
6394 @smallexample
6395 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6396 @end smallexample
6397
6398 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6399 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6400 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6401 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6402 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6403 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6404 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6405 done on the result reservation.  This construction is useful to
6406 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6407 For example, if we use
6408
6409 @smallexample
6410 (presence_set "slot1" "slot0")
6411 @end smallexample
6412
6413 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6414 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6415
6416 @smallexample
6417 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6418 @end smallexample
6419
6420 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6421
6422 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6423 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6424 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6425 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6426 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6427 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6428 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6429 following construction
6430
6431 @smallexample
6432 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6433 @end smallexample
6434
6435 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6436 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6437 this case we could write
6438
6439 @smallexample
6440 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6441 @end smallexample
6442
6443 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6444 automaton.
6445
6446 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6447 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6448 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6449
6450 @findex automata_option
6451 @cindex deterministic finite state automaton
6452 @cindex nondeterministic finite state automaton
6453 @cindex finite state automaton minimization
6454 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6455 the following construction.
6456
6457 @smallexample
6458 (automata_option @var{options})
6459 @end smallexample
6460
6461 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6462 code.  Currently there are the following options:
6463
6464 @itemize @bullet
6465 @item
6466 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6467 only worth to do when we are debugging the description and need to
6468 look more accurately at reservations of states.
6469
6470 @item
6471 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6472 generation of automata.
6473
6474 @item
6475 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6476 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6477 verification and debugging.
6478
6479 @item
6480 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6481 non-critical errors.
6482
6483 @item
6484 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6485 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6486 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6487 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6488 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6489 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
6490
6491 @item
6492 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6493 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6494 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6495 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6496 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6497 huge automaton.
6498 @end itemize
6499
6500 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
6501 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
6502 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
6503 the following functional units.
6504
6505 @smallexample
6506 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
6507 (define_cpu_unit "port0, port1")
6508 @end smallexample
6509
6510 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
6511 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
6512 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
6513 are issued into the second pipeline.  Integer division and
6514 multiplication insns can be executed only in the second integer
6515 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
6516 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
6517 integer division insn can not be issued until the current division
6518 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
6519 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
6520 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
6521 incurred.  To describe all of this we could specify
6522
6523 @smallexample
6524 (define_cpu_unit "div")
6525
6526 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6527                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
6528
6529 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
6530                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
6531
6532 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
6533                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
6534
6535 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
6536                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
6537
6538 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
6539 @end smallexample
6540
6541 To simplify the description we could describe the following reservation
6542
6543 @smallexample
6544 (define_reservation "finish" "port0|port1")
6545 @end smallexample
6546
6547 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
6548 construction
6549
6550 @smallexample
6551 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
6552                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
6553 @end smallexample
6554
6555
6556 @end ifset
6557 @ifset INTERNALS
6558 @node Conditional Execution
6559 @section Conditional Execution
6560 @cindex conditional execution
6561 @cindex predication
6562
6563 A number of architectures provide for some form of conditional
6564 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
6565 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
6566 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6567 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6568 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6569
6570 @findex define_cond_exec
6571 @smallexample
6572 (define_cond_exec
6573   [@var{predicate-pattern}]
6574   "@var{condition}"
6575   "@var{output-template}")
6576 @end smallexample
6577
6578 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6579 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6580 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6581 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6582 alternative.
6583
6584 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6585 pattern to match.
6586
6587 @findex current_insn_predicate
6588 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6589 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6590 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6591 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6592 In order to handle the general case, there is a global variable
6593 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6594 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6595
6596 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6597 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6598 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6599 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6600 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6601 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6602 alternative or anything else.
6603
6604 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6605 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6606 generated that matches a predicated version of the instruction.
6607 For example,
6608
6609 @smallexample
6610 (define_insn "addsi"
6611   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6612         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6613                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6614   "@var{test1}"
6615   "add %2,%1,%0")
6616
6617 (define_cond_exec
6618   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6619        (const_int 0))]
6620   "@var{test2}"
6621   "(%0)")
6622 @end smallexample
6623
6624 @noindent
6625 generates a new pattern
6626
6627 @smallexample
6628 (define_insn ""
6629   [(cond_exec
6630      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6631      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6632           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6633                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6634   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6635   "(%3) add %2,%1,%0")
6636 @end smallexample
6637
6638 @end ifset
6639 @ifset INTERNALS
6640 @node Constant Definitions
6641 @section Constant Definitions
6642 @cindex constant definitions
6643 @findex define_constants
6644
6645 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6646 can be a maintenance problem.
6647
6648 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6649 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6650 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6651 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6652 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6653 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6654 a different value.
6655
6656 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6657
6658 @smallexample
6659 (define_insn ""
6660   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6661      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6662            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6663       (use (reg:SI 179))
6664       (clobber (reg:SI 179))])]
6665   ""
6666   "loadm 0,0,%1,%2")
6667 @end smallexample
6668
6669 You could write:
6670
6671 @smallexample
6672 (define_constants [
6673     (R_BP 177)
6674     (R_FC 178)
6675     (R_CR 179)
6676     (R_Q  180)
6677 ])
6678
6679 (define_insn ""
6680   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6681      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6682            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6683       (use (reg:SI R_CR))
6684       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6685   ""
6686   "loadm 0,0,%1,%2")
6687 @end smallexample
6688
6689 The constants that are defined with a define_constant are also output
6690 in the insn-codes.h header file as #defines.
6691 @end ifset
6692 @ifset INTERNALS
6693 @node Macros
6694 @section Macros
6695 @cindex macros in @file{.md} files
6696
6697 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
6698 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
6699 facilities to make this process easier.
6700
6701 @menu
6702 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
6703 * Code Macros::         Doing the same for codes.
6704 @end menu
6705
6706 @node Mode Macros
6707 @subsection Mode Macros
6708 @cindex mode macros in @file{.md} files
6709
6710 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
6711 For example:
6712
6713 @itemize @bullet
6714 @item
6715 If a processor has hardware support for both single and double
6716 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
6717 very similar to the @code{DFmode} ones.
6718
6719 @item
6720 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
6721 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
6722 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
6723 @end itemize
6724
6725 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
6726 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
6727 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
6728 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
6729
6730 @menu
6731 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
6732 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
6733 * Examples::             Examples
6734 @end menu
6735
6736 @node Defining Mode Macros
6737 @subsubsection Defining Mode Macros
6738 @findex define_mode_macro
6739
6740 The syntax for defining a mode macro is:
6741
6742 @smallexample
6743 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
6744 @end smallexample
6745
6746 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
6747 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
6748 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
6749 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
6750 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
6751 C condition will also require that @var{condi} be true.
6752
6753 For example:
6754
6755 @smallexample
6756 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6757 @end smallexample
6758
6759 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
6760 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
6761 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
6762 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
6763 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
6764
6765 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
6766 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
6767 to @code{@var{mode}}.  For example:
6768
6769 @smallexample
6770 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6771 @end smallexample
6772
6773 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
6774 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
6775
6776 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
6777 significant if two macros are used in a construct that requires
6778 substitutions.  @xref{Substitutions}.
6779
6780 @node Substitutions
6781 @subsubsection Substitution in Mode Macros
6782 @findex define_mode_attr
6783
6784 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
6785 construct will often need slightly different strings or modes.  For
6786 example:
6787
6788 @itemize @bullet
6789 @item
6790 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
6791 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
6792 appropriate mode name for @var{m}.
6793
6794 @item
6795 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
6796 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
6797
6798 @item
6799 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
6800 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
6801 mode for the other operand(s).
6802 @end itemize
6803
6804 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
6805 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
6806 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
6807 upper case.  You can define other attributes using:
6808
6809 @smallexample
6810 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
6811 @end smallexample
6812
6813 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
6814 is the value associated with @var{modei}.
6815
6816 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
6817 each string and mode in the pattern for sequences of the form
6818 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
6819 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
6820 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
6821 value.
6822
6823 For example, suppose an @file{.md} file has:
6824
6825 @smallexample
6826 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
6827 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
6828 @end smallexample
6829
6830 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
6831 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
6832 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
6833 @code{"ld\t%0,%1"}.
6834
6835 Here is an example of using an attribute for a mode:
6836
6837 @smallexample
6838 (define_mode_macro LONG [SI DI])
6839 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
6840 (define_insn ...
6841   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
6842 @end smallexample
6843
6844 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
6845 substitution will be attempted for every macro expansion.
6846
6847 @node Examples
6848 @subsubsection Mode Macro Examples
6849
6850 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
6851 modes and attributes (among others):
6852
6853 @smallexample
6854 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
6855 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
6856 @end smallexample
6857
6858 and uses the following template to define both @code{subsi3}
6859 and @code{subdi3}:
6860
6861 @smallexample
6862 (define_insn "sub<mode>3"
6863   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
6864         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
6865                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
6866   ""
6867   "<d>subu\t%0,%1,%2"
6868   [(set_attr "type" "arith")
6869    (set_attr "mode" "<MODE>")])
6870 @end smallexample
6871
6872 This is exactly equivalent to:
6873
6874 @smallexample
6875 (define_insn "subsi3"
6876   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
6877         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
6878                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
6879   ""
6880   "subu\t%0,%1,%2"
6881   [(set_attr "type" "arith")
6882    (set_attr "mode" "SI")])
6883
6884 (define_insn "subdi3"
6885   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
6886         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
6887                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
6888   ""
6889   "dsubu\t%0,%1,%2"
6890   [(set_attr "type" "arith")
6891    (set_attr "mode" "DI")])
6892 @end smallexample
6893
6894 @node Code Macros
6895 @subsection Code Macros
6896 @cindex code macros in @file{.md} files
6897 @findex define_code_macro
6898 @findex define_code_attr
6899
6900 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
6901
6902 The construct:
6903
6904 @smallexample
6905 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
6906 @end smallexample
6907
6908 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
6909 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
6910 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
6911
6912 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
6913 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
6914 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
6915 @xref{Defining Mode Macros}.
6916
6917 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
6918 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
6919 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
6920 Other attributes are defined using:
6921
6922 @smallexample
6923 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
6924 @end smallexample
6925
6926 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
6927
6928 @smallexample
6929 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
6930                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
6931
6932 (define_expand "b<code>"
6933   [(set (pc)
6934         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
6935                                    (const_int 0))
6936                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6937                       (pc)))]
6938   ""
6939 @{
6940   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
6941   DONE;
6942 @})
6943 @end smallexample
6944
6945 This is equivalent to:
6946
6947 @smallexample
6948 (define_expand "bunordered"
6949   [(set (pc)
6950         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
6951                                     (const_int 0))
6952                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6953                       (pc)))]
6954   ""
6955 @{
6956   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
6957   DONE;
6958 @})
6959
6960 (define_expand "bordered"
6961   [(set (pc)
6962         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
6963                                   (const_int 0))
6964                       (label_ref (match_operand 0 ""))
6965                       (pc)))]
6966   ""
6967 @{
6968   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
6969   DONE;
6970 @})
6971
6972 ...
6973 @end smallexample
6974
6975 @end ifset