OSDN Git Service

2010-10-29 Artjoms Sinkarovs <artyom.shinakroff@gmail.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
11
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
20
21 See the next chapter for information on the C header file.
22
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
53
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
56
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
58
59 @enumerate
60
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
67
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
71
72 @end enumerate
73
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
82
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
96
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
106
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
122
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
127
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
130
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
135
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
142
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
147
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
160
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
168
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
181
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
185
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
194 @{
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
200
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
203
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209 @{
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
213 @})
214 @end smallexample
215
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
222
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
226
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
236
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
240
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
246
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
256
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
264
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
275
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
281
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
296
297 When matching patterns, this is equivalent to
298
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
302
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
305
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
310
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
316
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
323
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
338
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350
351 @smallexample
352 int
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
356 @{
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
362 @}
363 @end smallexample
364
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
367
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
373
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
376
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
394
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
407
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
417
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
433
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
437
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
448
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
454
455 An insn that matches this pattern might look like:
456
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
469
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
474
475 @end table
476
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
481
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
490
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
493
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
498
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
502
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
505
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
511
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
514
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
519
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
538
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
549
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
559
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
564
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
570
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
576
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
584
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
595
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
609
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
612
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
621
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
628
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
636
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
651
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
667
668 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
673
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
682
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
691
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
700
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
713
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
720
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
726
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
732
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
737
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
747
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
753
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
760
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
764
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
770
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
774
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
778
779 @noindent
780 means exactly what
781
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
785
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
792
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
798
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
807
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
818
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
829
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
837
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
844
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
848
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
852
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
856
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
861
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
864
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
870
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
878
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
884
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
890
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
895
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
900
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
908
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
912
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
916
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
931
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
938
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
950
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
957
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
964
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
970
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
973
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
982
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
985
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
991 @{
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
995
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
998 @})
999 @end group
1000 @end smallexample
1001
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1014
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1018
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1024
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1033
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1038
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1046
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1059
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1072
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1081
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1085
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1089
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1096
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1104
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1113
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1122
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1127
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1132
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1145
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1151
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1157
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1164
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1171
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1180
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1186
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1191
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1197
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1202
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1207
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1216
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1221
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1233
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1240
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1247
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1262
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1266
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1272
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1281
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1289
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1295
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1304
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1311
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1313
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1322
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1325
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1334
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1338
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1345
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1354
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1359
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1365
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1374
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1379
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1382
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1388
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1395
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1402
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1408
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1417
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1422
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1432
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1436
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1442
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1450
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1458
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1466
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1474
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1483
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1491
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1500
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1506
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1517
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1521
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1526
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1529
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1535
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1539
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1545
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1548
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1557
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1562
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1568
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1570
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1582
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1598
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1604
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1610
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1620
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1630
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1635
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1644
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1654
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1660
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1663
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1667
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1671
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1676
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1679
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1682
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1685
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1688
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1692
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1695
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1698
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1701
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1704
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1708
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1713
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1716
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1719
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1722
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1725
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1728
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1731
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1734
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1737
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1740
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1743
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1746
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1749
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1752
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1755
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1758
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1761
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1764
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1767
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1770
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1773
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1776 @end table
1777
1778 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1779 @table @code
1780
1781 @item b
1782 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1783
1784 @item l
1785 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1786
1787 @item h
1788 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1789
1790 @item k
1791 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1792
1793 @item I
1794 Constant that fits in 3 bits
1795
1796 @item J
1797 Constant that fits in 4 bits
1798
1799 @item K
1800 Constant that fits in 5 bits
1801
1802 @item L
1803 Constant that is one of @minus{}1, 4, @minus{}4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1804
1805 @item G
1806 Floating point constant that is legal for store immediate
1807 @end table
1808
1809 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1810 @table @code
1811 @item a
1812 General register 1
1813
1814 @item f
1815 Floating point register
1816
1817 @item q
1818 Shift amount register
1819
1820 @item x
1821 Floating point register (deprecated)
1822
1823 @item y
1824 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1825
1826 @item Z
1827 Any register
1828
1829 @item I
1830 Signed 11-bit integer constant
1831
1832 @item J
1833 Signed 14-bit integer constant
1834
1835 @item K
1836 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1837
1838 @item L
1839 Signed 5-bit integer constant
1840
1841 @item M
1842 Integer constant 0
1843
1844 @item N
1845 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1846
1847 @item O
1848 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1849
1850 @item P
1851 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1852 and @code{extru} instructions
1853
1854 @item S
1855 Integer constant 31
1856
1857 @item U
1858 Integer constant 63
1859
1860 @item G
1861 Floating-point constant 0.0
1862
1863 @item A
1864 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1865
1866 @item Q
1867 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1868 integer store instruction
1869
1870 @item R
1871 A scaled or unscaled indexed memory operand
1872
1873 @item T
1874 A memory operand for floating-point loads and stores
1875
1876 @item W
1877 A register indirect memory operand
1878 @end table
1879
1880 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1881 @table @code
1882 @item k
1883 Stack register.
1884
1885 @item f
1886 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1887 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1888 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1889 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1890 size.
1891
1892 @item t
1893 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1894 register to create a 32-bit register.
1895
1896 @item a
1897 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1898 constant + offset).
1899
1900 @item I
1901 4-bit signed integer.
1902
1903 @item J
1904 4-bit unsigned integer.
1905
1906 @item K
1907 8-bit signed integer.
1908
1909 @item M
1910 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1911
1912 @item N
1913 10-bit signed integer
1914
1915 @item O
1916 16-bit signed integer.
1917
1918 @end table
1919
1920 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1921 @table @code
1922 @item b
1923 Address base register
1924
1925 @item d
1926 Floating point register (containing 64-bit value)
1927
1928 @item f
1929 Floating point register (containing 32-bit value)
1930
1931 @item v
1932 Altivec vector register
1933
1934 @item wd
1935 VSX vector register to hold vector double data
1936
1937 @item wf
1938 VSX vector register to hold vector float data
1939
1940 @item ws
1941 VSX vector register to hold scalar float data
1942
1943 @item wa
1944 Any VSX register
1945
1946 @item h
1947 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1948
1949 @item q
1950 @samp{MQ} register
1951
1952 @item c
1953 @samp{CTR} register
1954
1955 @item l
1956 @samp{LINK} register
1957
1958 @item x
1959 @samp{CR} register (condition register) number 0
1960
1961 @item y
1962 @samp{CR} register (condition register)
1963
1964 @item z
1965 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
1966
1967 @item I
1968 Signed 16-bit constant
1969
1970 @item J
1971 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1972 @code{SImode} constants)
1973
1974 @item K
1975 Unsigned 16-bit constant
1976
1977 @item L
1978 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1979
1980 @item M
1981 Constant larger than 31
1982
1983 @item N
1984 Exact power of 2
1985
1986 @item O
1987 Zero
1988
1989 @item P
1990 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1991
1992 @item G
1993 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1994 instruction per word
1995
1996 @item H
1997 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1998 three instructions
1999
2000 @item m
2001 Memory operand.  
2002 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
2003 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
2004 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
2005 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2006 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2007 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2008 corresponding load or store instruction.  For example:
2009
2010 @smallexample
2011 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2012 @end smallexample
2013
2014 is correct but:
2015
2016 @smallexample
2017 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2018 @end smallexample
2019
2020 is not.
2021
2022 @item es
2023 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2024 automodification of the base register.  This used to be useful when
2025 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
2026 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
2027 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2028
2029 @item Q
2030 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2031 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2032
2033 @item Z
2034 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2035 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2036
2037 @item R
2038 AIX TOC entry
2039
2040 @item a
2041 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2042 preferable for @code{asm} statements)
2043
2044 @item S
2045 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2046
2047 @item T
2048 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2049
2050 @item U
2051 System V Release 4 small data area reference
2052
2053 @item t
2054 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2055
2056 @item W
2057 Vector constant that does not require memory
2058
2059 @item j
2060 Vector constant that is all zeros.
2061
2062 @end table
2063
2064 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2065 @table @code
2066 @item R
2067 Legacy register---the eight integer registers available on all
2068 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2069 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2070
2071 @item q
2072 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2073 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2074
2075 @item Q
2076 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2077 @code{c}, and @code{d}.
2078
2079 @ifset INTERNALS
2080 @item l
2081 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2082 access: that is, any general register except the stack pointer.
2083 @end ifset
2084
2085 @item a
2086 The @code{a} register.
2087
2088 @item b
2089 The @code{b} register.
2090
2091 @item c
2092 The @code{c} register.
2093
2094 @item d
2095 The @code{d} register.
2096
2097 @item S
2098 The @code{si} register.
2099
2100 @item D
2101 The @code{di} register.
2102
2103 @item A
2104 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2105 return half the result in one and half in the other).
2106
2107 @item f
2108 Any 80387 floating-point (stack) register.
2109
2110 @item t
2111 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2112
2113 @item u
2114 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2115
2116 @item y
2117 Any MMX register.
2118
2119 @item x
2120 Any SSE register.
2121
2122 @item Yz
2123 First SSE register (@code{%xmm0}).
2124
2125 @ifset INTERNALS
2126 @item Y2
2127 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2128
2129 @item Yi
2130 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2131
2132 @item Ym
2133 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2134 @end ifset
2135
2136 @item I
2137 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2138
2139 @item J
2140 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2141
2142 @item K
2143 Signed 8-bit integer constant.
2144
2145 @item L
2146 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2147
2148 @item M
2149 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2150
2151 @item N
2152 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2153 instructions).
2154
2155 @ifset INTERNALS
2156 @item O
2157 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2158 @end ifset
2159
2160 @item G
2161 Standard 80387 floating point constant.
2162
2163 @item C
2164 Standard SSE floating point constant.
2165
2166 @item e
2167 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2168 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2169 instructions).
2170
2171 @item Z
2172 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2173 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2174 instructions).
2175
2176 @end table
2177
2178 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2179 @table @code
2180 @item a
2181 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2182
2183 @item b
2184 Branch register
2185
2186 @item c
2187 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2188
2189 @item d
2190 Application register residing in M-unit
2191
2192 @item e
2193 Application register residing in I-unit
2194
2195 @item f
2196 Floating-point register
2197
2198 @item m
2199 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2200 the operand can have postincrement and postdecrement which
2201 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2202
2203 @item G
2204 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2205
2206 @item I
2207 14-bit signed integer constant
2208
2209 @item J
2210 22-bit signed integer constant
2211
2212 @item K
2213 8-bit signed integer constant for logical instructions
2214
2215 @item L
2216 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2217
2218 @item M
2219 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2220
2221 @item N
2222 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2223
2224 @item O
2225 The constant zero
2226
2227 @item P
2228 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2229
2230 @item Q
2231 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2232
2233 @item R
2234 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2235
2236 @item S
2237 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2238 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2239 or @samp{>}.
2240 @end table
2241
2242 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2243 @table @code
2244 @item a
2245 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2246
2247 @item b
2248 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2249
2250 @item c
2251 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2252 @code{icc0} to @code{icc3}).
2253
2254 @item d
2255 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2256
2257 @item e
2258 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2259 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2260 mode larger than 4 bytes.
2261
2262 @item f
2263 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2264
2265 @item h
2266 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2267 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2268 mode larger than 4 bytes.
2269
2270 @item l
2271 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2272
2273 @item q
2274 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2275 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2276 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2277
2278 @item t
2279 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2280
2281 @item u
2282 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2283
2284 @item v
2285 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2286
2287 @item w
2288 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2289
2290 @item x
2291 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2292 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2293 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2294
2295 @item z
2296 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2297
2298 @item A
2299 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2300
2301 @item B
2302 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2303
2304 @item C
2305 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2306
2307 @item G
2308 Floating point constant zero
2309
2310 @item I
2311 6-bit signed integer constant
2312
2313 @item J
2314 10-bit signed integer constant
2315
2316 @item L
2317 16-bit signed integer constant
2318
2319 @item M
2320 16-bit unsigned integer constant
2321
2322 @item N
2323 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2324 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2325
2326 @item O
2327 Constant zero
2328
2329 @item P
2330 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2331 range of 1 to 2047.
2332
2333 @end table
2334
2335 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2336 @table @code
2337 @item a
2338 P register
2339
2340 @item d
2341 D register
2342
2343 @item z
2344 A call clobbered P register.
2345
2346 @item q@var{n}
2347 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2348 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2349
2350 @item D
2351 Even-numbered D register
2352
2353 @item W
2354 Odd-numbered D register
2355
2356 @item e
2357 Accumulator register.
2358
2359 @item A
2360 Even-numbered accumulator register.
2361
2362 @item B
2363 Odd-numbered accumulator register.
2364
2365 @item b
2366 I register
2367
2368 @item v
2369 B register
2370
2371 @item f
2372 M register
2373
2374 @item c
2375 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2376
2377 @item C
2378 The CC register.
2379
2380 @item t
2381 LT0 or LT1.
2382
2383 @item k
2384 LC0 or LC1.
2385
2386 @item u
2387 LB0 or LB1.
2388
2389 @item x
2390 Any D, P, B, M, I or L register.
2391
2392 @item y
2393 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2394 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2395
2396 @item w
2397 Any register except accumulators or CC.
2398
2399 @item Ksh
2400 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2401
2402 @item Kuh
2403 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2404
2405 @item Ks7
2406 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2407
2408 @item Ku7
2409 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2410
2411 @item Ku5
2412 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2413
2414 @item Ks4
2415 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2416
2417 @item Ks3
2418 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2419
2420 @item Ku3
2421 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2422
2423 @item P@var{n}
2424 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2425
2426 @item PA
2427 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2428 use with either accumulator.
2429
2430 @item PB
2431 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2432 use only with accumulator A1.
2433
2434 @item M1
2435 Constant 255.
2436
2437 @item M2
2438 Constant 65535.
2439
2440 @item J
2441 An integer constant with exactly a single bit set.
2442
2443 @item L
2444 An integer constant with all bits set except exactly one.
2445
2446 @item H
2447
2448 @item Q
2449 Any SYMBOL_REF.
2450 @end table
2451
2452 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2453 @table @code
2454 @item Rsp
2455 @itemx Rfb
2456 @itemx Rsb
2457 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2458
2459 @item Rcr
2460 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2461 registers are 24 bits wide)
2462
2463 @item Rcl
2464 Any control register, when they're 24 bits wide.
2465
2466 @item R0w
2467 @itemx R1w
2468 @itemx R2w
2469 @itemx R3w
2470 $r0, $r1, $r2, $r3.
2471
2472 @item R02
2473 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2474
2475 @item R13
2476 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2477
2478 @item Rdi
2479 A register that can hold a 64 bit value.
2480
2481 @item Rhl
2482 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2483
2484 @item R23
2485 $r2 or $r3
2486
2487 @item Raa
2488 Address registers
2489
2490 @item Raw
2491 Address registers when they're 16 bits wide.
2492
2493 @item Ral
2494 Address registers when they're 24 bits wide.
2495
2496 @item Rqi
2497 Registers that can hold QI values.
2498
2499 @item Rad
2500 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2501
2502 @item Rsi
2503 Registers that can hold 32 bit values.
2504
2505 @item Rhi
2506 Registers that can hold 16 bit values.
2507
2508 @item Rhc
2509 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2510 registers.
2511
2512 @item Rra
2513 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2514
2515 @item Rfl
2516 The flags register.
2517
2518 @item Rmm
2519 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2520
2521 @item Rpi
2522 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2523 bit registers for m32cm, m32c).
2524
2525 @item Rpa
2526 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2527 Used to match function return values.
2528
2529 @item Is3
2530 @minus{}8 @dots{} 7
2531
2532 @item IS1
2533 @minus{}128 @dots{} 127
2534
2535 @item IS2
2536 @minus{}32768 @dots{} 32767
2537
2538 @item IU2
2539 0 @dots{} 65535
2540
2541 @item In4
2542 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2543
2544 @item In5
2545 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2546
2547 @item In6
2548 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2549
2550 @item IM2
2551 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2552
2553 @item Ilb
2554 An 8 bit value with exactly one bit set.
2555
2556 @item Ilw
2557 A 16 bit value with exactly one bit set.
2558
2559 @item Sd
2560 The common src/dest memory addressing modes.
2561
2562 @item Sa
2563 Memory addressed using $a0 or $a1.
2564
2565 @item Si
2566 Memory addressed with immediate addresses.
2567
2568 @item Ss
2569 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2570
2571 @item Sf
2572 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2573
2574 @item Ss
2575 Memory addressed using the small base register ($sb).
2576
2577 @item S1
2578 $r1h
2579 @end table
2580
2581 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2582 @table @code
2583
2584 @item a
2585 The $sp register.
2586
2587 @item b
2588 The $tp register.
2589
2590 @item c
2591 Any control register.
2592
2593 @item d
2594 Either the $hi or the $lo register.
2595
2596 @item em
2597 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2598
2599 @item ex
2600 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2601
2602 @item er
2603 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2604
2605 @item h
2606 The $hi register.
2607
2608 @item j
2609 The $rpc register.
2610
2611 @item l
2612 The $lo register.
2613
2614 @item t
2615 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2616
2617 @item v
2618 The $gp register.
2619
2620 @item x
2621 The coprocessor registers.
2622
2623 @item y
2624 The coprocessor control registers.
2625
2626 @item z
2627 The $0 register.
2628
2629 @item A
2630 User-defined register set A.
2631
2632 @item B
2633 User-defined register set B.
2634
2635 @item C
2636 User-defined register set C.
2637
2638 @item D
2639 User-defined register set D.
2640
2641 @item I
2642 Offsets for $gp-rel addressing.
2643
2644 @item J
2645 Constants that can be used directly with boolean insns.
2646
2647 @item K
2648 Constants that can be moved directly to registers.
2649
2650 @item L
2651 Small constants that can be added to registers.
2652
2653 @item M
2654 Long shift counts.
2655
2656 @item N
2657 Small constants that can be compared to registers.
2658
2659 @item O
2660 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2661
2662 @item S
2663 Signed 8-bit immediates.
2664
2665 @item T
2666 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2667
2668 @item U
2669 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2670
2671 @item W
2672 The top half of a symbol's value.
2673
2674 @item Y
2675 A register indirect address without offset.
2676
2677 @item Z
2678 Symbolic references to the control bus.
2679
2680 @end table
2681
2682 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2683 @table @code
2684 @item d
2685 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2686
2687 @item z
2688 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2689
2690 @end table
2691
2692 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2693 @table @code
2694 @item d
2695 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2696 generating MIPS16 code.
2697
2698 @item f
2699 A floating-point register (if available).
2700
2701 @item h
2702 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2703
2704 @item l
2705 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2706 no bigger than a word.
2707
2708 @item x
2709 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2710 to store doubleword values.
2711
2712 @item c
2713 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2714 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2715
2716 @item v
2717 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2718 it is retained only for compatibility with glibc.
2719
2720 @item y
2721 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2722
2723 @item z
2724 A floating-point condition code register.
2725
2726 @item I
2727 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2728
2729 @item J
2730 Integer zero.
2731
2732 @item K
2733 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2734
2735 @item L
2736 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2737 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2738
2739 @item M
2740 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2741 or @code{ori}.
2742
2743 @item N
2744 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2745
2746 @item O
2747 A signed 15-bit constant.
2748
2749 @item P
2750 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2751
2752 @item G
2753 Floating-point zero.
2754
2755 @item R
2756 An address that can be used in a non-macro load or store.
2757 @end table
2758
2759 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2760 @table @code
2761 @item a
2762 Address register
2763
2764 @item d
2765 Data register
2766
2767 @item f
2768 68881 floating-point register, if available
2769
2770 @item I
2771 Integer in the range 1 to 8
2772
2773 @item J
2774 16-bit signed number
2775
2776 @item K
2777 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2778
2779 @item L
2780 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2781
2782 @item M
2783 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2784
2785 @item N
2786 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2787
2788 @item O
2789 16 (for rotate using swap)
2790
2791 @item P
2792 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2793
2794 @item R
2795 Numbers that mov3q can handle
2796
2797 @item G
2798 Floating point constant that is not a 68881 constant
2799
2800 @item S
2801 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2802
2803 @item T
2804 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2805
2806 @item Q
2807 Address register indirect addressing mode
2808
2809 @item U
2810 Register offset addressing
2811
2812 @item W
2813 const_call_operand
2814
2815 @item Cs
2816 symbol_ref or const
2817
2818 @item Ci
2819 const_int
2820
2821 @item C0
2822 const_int 0
2823
2824 @item Cj
2825 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2826
2827 @item Cmvq
2828 Integers valid for mvq
2829
2830 @item Capsw
2831 Integers valid for a moveq followed by a swap
2832
2833 @item Cmvz
2834 Integers valid for mvz
2835
2836 @item Cmvs
2837 Integers valid for mvs
2838
2839 @item Ap
2840 push_operand
2841
2842 @item Ac
2843 Non-register operands allowed in clr
2844
2845 @end table
2846
2847 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2848 @table @code
2849 @item a
2850 Register `a'
2851
2852 @item b
2853 Register `b'
2854
2855 @item d
2856 Register `d'
2857
2858 @item q
2859 An 8-bit register
2860
2861 @item t
2862 Temporary soft register _.tmp
2863
2864 @item u
2865 A soft register _.d1 to _.d31
2866
2867 @item w
2868 Stack pointer register
2869
2870 @item x
2871 Register `x'
2872
2873 @item y
2874 Register `y'
2875
2876 @item z
2877 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2878
2879 @item A
2880 An address register: x, y or z
2881
2882 @item B
2883 An address register: x or y
2884
2885 @item D
2886 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2887
2888 @item L
2889 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2890
2891 @item M
2892 Constants whose 16-bit low part is zero
2893
2894 @item N
2895 Constant integer 1 or @minus{}1
2896
2897 @item O
2898 Constant integer 16
2899
2900 @item P
2901 Constants in the range @minus{}8 to 2
2902
2903 @end table
2904
2905 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2906 @table @code
2907 @item A
2908 An absolute address
2909
2910 @item B
2911 An offset address
2912
2913 @item W
2914 A register indirect memory operand
2915
2916 @item I
2917 A constant in the range of 0 to 255.
2918
2919 @item N
2920 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2921
2922 @end table
2923
2924 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2925 @table @code
2926 @item Q
2927 An address which does not involve register indirect addressing or
2928 pre/post increment/decrement addressing.
2929
2930 @item Symbol
2931 A symbol reference.
2932
2933 @item Int08
2934 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
2935
2936 @item Sint08
2937 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
2938
2939 @item Sint16
2940 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
2941
2942 @item Sint24
2943 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
2944
2945 @item Uint04
2946 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
2947
2948 @end table
2949
2950 @need 1000
2951 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2952 @table @code
2953 @item f
2954 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2955 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2956
2957 @item e
2958 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2959 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2960 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2961
2962 @item c
2963 Floating-point condition code register.
2964
2965 @item d
2966 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2967 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2968
2969 @item b
2970 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2971 when the Visual Instruction Set is available.
2972
2973 @item h
2974 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2975
2976 @item D
2977 A vector constant
2978
2979 @item I
2980 Signed 13-bit constant
2981
2982 @item J
2983 Zero
2984
2985 @item K
2986 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2987 loaded with the @code{sethi} instruction)
2988
2989 @item L
2990 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2991
2992 @item M
2993 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2994
2995 @item N
2996 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2997 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2998 modes wider than @code{SImode}
2999
3000 @item O
3001 The constant 4096
3002
3003 @item G
3004 Floating-point zero
3005
3006 @item H
3007 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3008
3009 @item Q
3010 Floating-point constant whose integral representation can
3011 be moved into an integer register using a single sethi
3012 instruction
3013
3014 @item R
3015 Floating-point constant whose integral representation can
3016 be moved into an integer register using a single mov
3017 instruction
3018
3019 @item S
3020 Floating-point constant whose integral representation can
3021 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3022 instruction sequence
3023
3024 @item T
3025 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3026
3027 @item U
3028 Even register
3029
3030 @item W
3031 Memory address for @samp{e} constraint registers
3032
3033 @item Y
3034 Vector zero
3035
3036 @end table
3037
3038 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3039 @table @code
3040 @item a
3041 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3042
3043 @item c
3044 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3045
3046 @item d
3047 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
3048
3049 @item f
3050 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
3051
3052 @item A
3053 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3054
3055 @item B
3056 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3057
3058 @item C
3059 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3060
3061 @item D
3062 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3063
3064 @item I
3065 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.  
3066
3067 @item J
3068 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
3069
3070 @item K
3071 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
3072
3073 @item M
3074 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
3075
3076 @item N
3077 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
3078
3079 @item O
3080 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
3081
3082 @item P
3083 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
3084
3085 @item R
3086 Call operand, reg, for indirect calls 
3087
3088 @item S
3089 Call operand, symbol, for relative calls.  
3090
3091 @item T
3092 Call operand, const_int, for absolute calls.  
3093
3094 @item U
3095 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3096
3097 @item W
3098 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
3099
3100 @item Y
3101 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
3102
3103 @item Z
3104 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
3105
3106 @end table
3107
3108 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3109 @table @code
3110 @item a
3111 Address register (general purpose register except r0)
3112
3113 @item c
3114 Condition code register
3115
3116 @item d
3117 Data register (arbitrary general purpose register)
3118
3119 @item f
3120 Floating-point register
3121
3122 @item I
3123 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3124
3125 @item J
3126 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3127
3128 @item K
3129 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3130
3131 @item L
3132 Value appropriate as displacement.
3133 @table @code
3134 @item (0..4095)
3135 for short displacement
3136 @item (@minus{}524288..524287)
3137 for long displacement
3138 @end table
3139
3140 @item M
3141 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3142
3143 @item N
3144 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3145 @table @code
3146 @item 0..9:
3147 number of the part counting from most to least significant
3148 @item H,Q:
3149 mode of the part
3150 @item D,S,H:
3151 mode of the containing operand
3152 @item 0,F:
3153 value of the other parts (F---all bits set)
3154 @end table
3155 The constraint matches if the specified part of a constant
3156 has a value different from its other parts.
3157
3158 @item Q
3159 Memory reference without index register and with short displacement.
3160
3161 @item R
3162 Memory reference with index register and short displacement.
3163
3164 @item S
3165 Memory reference without index register but with long displacement.
3166
3167 @item T
3168 Memory reference with index register and long displacement.
3169
3170 @item U
3171 Pointer with short displacement.
3172
3173 @item W
3174 Pointer with long displacement.
3175
3176 @item Y
3177 Shift count operand.
3178
3179 @end table
3180
3181 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3182 @table @code
3183 @item d
3184 Registers from r0 to r32.
3185
3186 @item e
3187 Registers from r0 to r16.
3188
3189 @item t
3190 r8---r11 or r22---r27 registers.
3191
3192 @item h
3193 hi register.
3194
3195 @item l
3196 lo register.
3197
3198 @item x
3199 hi + lo register.
3200
3201 @item q
3202 cnt register.
3203
3204 @item y
3205 lcb register.
3206
3207 @item z
3208 scb register.
3209
3210 @item a
3211 cnt + lcb + scb register.
3212
3213 @item c
3214 cr0---cr15 register.
3215
3216 @item b
3217 cp1 registers.
3218
3219 @item f
3220 cp2 registers.
3221
3222 @item i
3223 cp3 registers.
3224
3225 @item j
3226 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3227
3228 @item I
3229 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3230
3231 @item J
3232 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3233
3234 @item K
3235 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3236
3237 @item L
3238 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3239
3240 @item M
3241 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3242
3243 @item N
3244 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3245
3246 @item Z
3247 Any SYMBOL_REF.
3248 @end table
3249
3250 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3251 @table @code
3252 @item a
3253 Register r0.
3254
3255 @item b
3256 Register r1.
3257
3258 @item c
3259 Register r2.
3260
3261 @item d
3262 Register r8.
3263
3264 @item e
3265 Registers r0 through r7.
3266
3267 @item t
3268 Registers r0 and r1.
3269
3270 @item y
3271 The carry register.
3272
3273 @item z
3274 Registers r8 and r9.
3275
3276 @item I
3277 A constant between 0 and 3 inclusive.
3278
3279 @item J
3280 A constant that has exactly one bit set.
3281
3282 @item K
3283 A constant that has exactly one bit clear.
3284
3285 @item L
3286 A constant between 0 and 255 inclusive.
3287
3288 @item M
3289 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3290
3291 @item N
3292 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3293
3294 @item O
3295 A constant between 1 and 4 inclusive.
3296
3297 @item P
3298 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3299
3300 @item Q
3301 A memory reference that is a stack push.
3302
3303 @item R
3304 A memory reference that is a stack pop.
3305
3306 @item S
3307 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3308
3309 @item T
3310 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3311
3312 @item U
3313 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3314
3315 @item Z
3316 The constant 0.
3317
3318 @end table
3319
3320 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3321 @table @code
3322 @item a
3323 General-purpose 32-bit register
3324
3325 @item b
3326 One-bit boolean register
3327
3328 @item A
3329 MAC16 40-bit accumulator register
3330
3331 @item I
3332 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3333
3334 @item J
3335 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3336
3337 @item K
3338 Integer constant valid for BccI instructions
3339
3340 @item L
3341 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3342
3343 @end table
3344
3345 @end table
3346
3347 @ifset INTERNALS
3348 @node Disable Insn Alternatives
3349 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3350 @cindex enabled
3351
3352 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3353 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3354 new instructions to an existing pattern which are only available for
3355 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3356 option.
3357
3358 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3359 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3360 unsatisfiable.
3361
3362 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3363 in the machine description files:
3364
3365 @enumerate
3366 @item
3367 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3368 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3369 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3370 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3371 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3372 @code{(const_int 0)} otherwise.
3373 @item
3374 A definition of another insn attribute used to describe for what
3375 reason an insn alternative might be available or
3376 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3377 @item
3378 An assignment for the second attribute to each insn definition
3379 combining instructions which are not all available under the same
3380 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3381 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3382 disabled or enabled using the insn condition.)
3383 @end enumerate
3384
3385 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3386 attribute:
3387
3388 @smallexample
3389
3390 (define_insn "*movdi_old"
3391   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3392         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3393   "!TARGET_NEW"
3394   "lgr %0,%1")
3395
3396 (define_insn "*movdi_new"
3397   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3398         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3399   "TARGET_NEW"
3400   "@@
3401    lgr  %0,%1
3402    ldgr %0,%1
3403    lgdr %0,%1")
3404
3405 @end smallexample
3406
3407 to:
3408
3409 @smallexample
3410
3411 (define_insn "*movdi_combined"
3412   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3413         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3414   ""
3415   "@@
3416    lgr  %0,%1
3417    ldgr %0,%1
3418    lgdr %0,%1"
3419   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3420
3421 @end smallexample
3422
3423 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3424
3425 @smallexample
3426
3427 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3428
3429 (define_attr "enabled" ""
3430   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3431          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3432               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3433          (const_int 1)]
3434         (const_int 0)))
3435
3436 @end smallexample
3437
3438 @end ifset
3439
3440 @ifset INTERNALS
3441 @node Define Constraints
3442 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3443 @cindex defining constraints
3444 @cindex constraints, defining
3445
3446 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3447 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3448 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3449 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3450
3451 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3452 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3453 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3454 must begin with a letter or underscore. 
3455
3456 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3457 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3458 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3459 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3460 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3461 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3462
3463 Register constraints correspond directly to register classes.
3464 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3465 definitions.
3466
3467 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3468 All three arguments are string constants.
3469 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3470 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3471 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3472 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3473 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3474 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3475 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3476 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3477 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3478 is not available on a given subarchitecture.
3479
3480 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3481 constraint.  Docstrings are explained further below.
3482 @end deffn
3483
3484 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3485 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3486 constraint matches.
3487
3488 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3489 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3490 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3491 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3492 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3493 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3494 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3495 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3496 might match, just like predicate expressions.
3497
3498 @code{match_test} C expressions have access to the
3499 following variables:
3500
3501 @table @var
3502 @item op
3503 The RTL object defining the operand.
3504 @item mode
3505 The machine mode of @var{op}.
3506 @item ival
3507 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3508 @item hval
3509 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3510 @code{const_double}.
3511 @item lval
3512 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3513 @code{const_double}.
3514 @item rval
3515 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3516 @code{const_double}.
3517 @end table
3518
3519 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3520 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3521 object.
3522 @end deffn
3523
3524 Most non-register constraints should be defined with
3525 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3526 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3527 by @code{reload} if they fail to match.
3528
3529 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3530 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3531 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3532 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3533 base register (from the register class specified by
3534 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3535
3536 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3537 memory references, but only those that do not make use of an index
3538 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3539 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3540 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3541 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3542 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3543 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3544
3545 The syntax and semantics are otherwise identical to
3546 @code{define_constraint}.
3547 @end deffn
3548
3549 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3550 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3551 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3552 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3553 with @var{X} a base register.
3554
3555 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3556 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3557 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3558 the generic @samp{p} constraint.
3559
3560 The syntax and semantics are otherwise identical to
3561 @code{define_constraint}.
3562 @end deffn
3563
3564 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3565 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3566 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3567 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3568 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3569 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3570 it correctly:
3571
3572 @smallexample
3573 @group
3574 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3575   "@var{doc}@dots{}"
3576   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3577        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3578 @end group
3579 @end smallexample
3580 @c the semicolons line up in the formatted manual
3581
3582 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3583 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3584
3585 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3586 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3587 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3588 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3589 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3590 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3591 causes a reload failure.
3592
3593 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3594 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3595 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3596 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3597
3598 @node C Constraint Interface
3599 @subsection Testing constraints from C
3600 @cindex testing constraints
3601 @cindex constraints, testing
3602
3603 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3604 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3605 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3606 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3607 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3608 may change in the future.
3609
3610 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3611 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3612 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3613 the old constraint interface that machine-independent components of
3614 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3615 future.
3616
3617 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3618 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3619 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3620 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3621 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3622
3623 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3624 @example
3625 @multitable {Original} {Mangled}
3626 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3627 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3628 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3629 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3630 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3631 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3632 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3633 @end multitable
3634 @end example
3635
3636 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3637 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3638 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3639 a larger identifier).
3640
3641 @deftp Enum constraint_num
3642 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3643 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3644 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3645 argument expect one of these constants.
3646
3647 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3648 This may change in the future.
3649 @end deftp
3650
3651 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3652 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3653 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3654 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3655 before @file{tm_p.h}.
3656 @end deftypefun
3657
3658 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3659 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3660 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3661 specifies a register constraint, this function will always return
3662 @code{false}.
3663 @end deftypefun
3664
3665 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3666 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3667 a register constraint, or those registers are not available for the
3668 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3669 @end deftypefun
3670
3671 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3672 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3673 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3674 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3675 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3676 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3677 definition from the i386 machine description.)
3678
3679 @smallexample
3680 (define_peephole2
3681   [(match_scratch:SI 3 "r")
3682    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3683         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3684                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3685
3686   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3687
3688   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3689    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3690
3691   "")
3692 @end smallexample
3693
3694 @node Standard Names
3695 @section Standard Pattern Names For Generation
3696 @cindex standard pattern names
3697 @cindex pattern names
3698 @cindex names, pattern
3699
3700 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3701 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3702 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3703 pattern to accomplish a certain task.
3704
3705 @table @asis
3706 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3707 @item @samp{mov@var{m}}
3708 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3709 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3710 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3711
3712 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3713 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3714 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3715 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3716 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3717 outside the target word are left unchanged.
3718
3719 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3720 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3721 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3722 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3723 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3724
3725 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3726 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3727 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3728 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3729 into a register.
3730
3731 @findex force_reg
3732 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3733 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3734 registers other than the operands.  For example, if you support the
3735 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3736 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3737 function which might generate new pseudo registers.
3738
3739 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3740 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3741 some temporary registers.
3742
3743 @findex change_address
3744 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3745 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3746 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3747 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3748 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3749 an address into a valid address and no routine (such as
3750 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3751 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3752
3753 @findex reload_in_progress
3754 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3755 declared if required) can be used to determine whether such special
3756 handling is required.
3757
3758 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3759 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3760 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3761 machines explicit memory references will get optional reloads.
3762
3763 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3764 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3765
3766 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3767 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3768
3769 @findex can_create_pseudo_p
3770 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3771 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3772 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3773
3774 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3775 register to any other hard register provided that
3776 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3777 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
3778 of 2.
3779
3780 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3781 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3782 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3783 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3784 point members.
3785
3786 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3787 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3788 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3789 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3790 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3791 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3792 reload into a floating point register.
3793
3794 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3795 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3796 @item @samp{reload_in@var{m}}
3797 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3798 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3799 @code{secondary_reload}.
3800
3801 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3802 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3803 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3804 macro in @pxref{Register Classes}.
3805
3806 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3807 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3808 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3809 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3810 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3811 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3812 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3813 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3814 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3815 for these patterns.
3816
3817 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3818 @item @samp{movstrict@var{m}}
3819 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3820 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3821 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3822 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3823
3824 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3825 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3826 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3827 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3828 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3829 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3830 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3831
3832 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3833 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3834
3835 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3836 @item @samp{load_multiple}
3837 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3838 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3839 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3840 number of consecutive registers.
3841
3842 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3843 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3844 registers from memory is to do them one at a time.
3845
3846 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3847 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3848 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3849 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3850 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3851
3852 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3853 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3854 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3855 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3856 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3857
3858 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3859 @item @samp{store_multiple}
3860 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3861 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3862 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3863 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3864
3865 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3866 @item @samp{vec_set@var{m}}
3867 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3868 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3869
3870 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3871 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3872 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3873 specify field index and operand 0 place to store value into.
3874
3875 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3876 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3877 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3878 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3879 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3880 The output and input vectors should have the same modes. 
3881
3882 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3883 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3884 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3885 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3886 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3887 The output and input vectors should have the same modes.
3888
3889 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3890 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3891 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3892 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3893 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3894 @code{N/2} elements of the second input vector.
3895
3896 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3897 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3898 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3899 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3900 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3901 @code{N/2} elements of the second input vector.
3902
3903 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3904 @item @samp{vec_init@var{m}}
3905 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3906 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3907
3908 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3909 @item @samp{push@var{m}1}
3910 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3911 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3912 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3913 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3914 method is deprecated.
3915
3916 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3917 @item @samp{add@var{m}3}
3918 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3919 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3920 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3921
3922 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3923 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3924 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3925 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3926 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3927 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3928 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3929 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3930 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3931 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3932 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3933 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3934 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3935 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3936 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3937 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3938 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3939 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3940 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3941 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3942 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3943 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3944 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3945 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3946 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3947 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3948 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3949 Similar, for other arithmetic operations.
3950
3951 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
3952 @item @samp{fma@var{m}4}
3953 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
3954 result in operand 0.  All operands must have mode @var{m}.  This
3955 pattern is used to implement the @code{fma}, @code{fmaf}, and
3956 @code{fmal} builtin functions from the ISO C99 standard.  The
3957 @code{fma} operation may produce different results than doing the
3958 multiply followed by the add if the machine does not perform a
3959 rounding step between the operations.
3960
3961 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3962 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3963 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3964 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3965 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3966 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3967
3968 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3969 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3970 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3971 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3972 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3973 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3974 modes.
3975
3976 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3977 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3978 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3979 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3980 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3981 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3982 modes.
3983
3984 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3985 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3986 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3987 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3988 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3989
3990 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3991 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3992 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3993 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3994 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3995
3996 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3997 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3998 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3999 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4000 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
4001 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
4002 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
4003 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4004 is of the same mode as operand 3. 
4005
4006 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4007 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4008 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4009 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4010 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
4011 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4012 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4013 of a wider mode.)
4014
4015 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4016 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4017 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4018 Whole vector left/right shift in bits.
4019 Operand 1 is a vector to be shifted.
4020 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4021 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4022 The output and input vectors should have the same modes.
4023
4024 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4025 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4026 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4027 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4028 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4029 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4030
4031 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4032 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4033 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4034 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4035 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4036 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4037 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4038 saturating arithmetic.
4039
4040 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4041 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4042 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4043 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4044 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4045 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4046 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4047
4048 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4049 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4050 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4051 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4052 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4053 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4054 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4055 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4056
4057 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4058 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4059 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4060 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4061 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4062 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4063 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4064
4065 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4066 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4067 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4068 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4069 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4070 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4071 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4072 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4073 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4074 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4075 the output vector (operand 0).
4076
4077 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4078 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4079 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4080 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4081 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4082 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4083 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4084 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4085 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4086 output vector (operand 0).
4087
4088 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4089 @item @samp{mulhisi3}
4090 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4091 a @code{SImode} product in operand 0.
4092
4093 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4094 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4095 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4096 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4097
4098 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4099 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4100 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4101 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4102 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4103 multiplication.
4104
4105 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4106 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4107 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4108 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4109 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4110 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4111 multiplication.
4112
4113 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4114 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4115 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4116 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4117 The least significant half of the product is discarded.
4118
4119 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4120 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4121 Similar, but the multiplication is unsigned.
4122
4123 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4124 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4125 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4126 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4127 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4128 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4129 the size of @var{m}.
4130
4131 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4132 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4133
4134 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4135
4136 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4137 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4138 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4139 operands instead of sign-extending them.
4140
4141 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4142 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4143 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4144 signed-saturating.
4145
4146 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4147 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4148 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4149 unsigned-saturating.
4150
4151 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4152 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4153 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4154 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4155 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4156 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4157 the size of @var{m}.
4158
4159 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4160 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4161 from operand 3.
4162
4163 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4164
4165 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4166 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4167 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4168 operands instead of sign-extending them.
4169
4170 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4171 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4172 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4173 signed-saturating.
4174
4175 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4176 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4177 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4178 unsigned-saturating.
4179
4180 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4181 @item @samp{divmod@var{m}4}
4182 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4183 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4184 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4185
4186 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4187 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4188 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4189 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4190 and remainder are computed.
4191
4192 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4193 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4194 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4195 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4196 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4197
4198 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4199 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4200 Similar, but does unsigned division.
4201
4202 @anchor{shift patterns}
4203 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4204 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4205 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4206 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4207 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4208 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4209 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4210 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4211 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4212 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4213 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4214
4215 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4216 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4217 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4218 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4219 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4220 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4221 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4222
4223 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4224 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4225 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4226 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4227 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4228 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
4229 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4230 instead of a scalar type.
4231
4232 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4233 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4234 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4235 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4236 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4237
4238 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4239 @item @samp{abs@var{m}2}
4240 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4241
4242 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4243 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4244 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4245
4246 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4247 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4248 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4249 type @code{float}.
4250
4251 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4252 @item @samp{fmod@var{m}3}
4253 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4254 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4255
4256 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4257 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4258 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4259 type @code{float}.
4260
4261 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4262 @item @samp{remainder@var{m}3}
4263 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4264 operand 0, rounded to the nearest integer.
4265
4266 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4267 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4268 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4269 to the C data type @code{float}.
4270
4271 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4272 @item @samp{cos@var{m}2}
4273 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4274
4275 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4276 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4277 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4278 type @code{float}.
4279
4280 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4281 @item @samp{sin@var{m}2}
4282 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4283
4284 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4285 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4286 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4287 type @code{float}.
4288
4289 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4290 @item @samp{exp@var{m}2}
4291 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4292
4293 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4294 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4295 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4296 type @code{float}.
4297
4298 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4299 @item @samp{log@var{m}2}
4300 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4301
4302 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4303 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4304 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4305 type @code{float}.
4306
4307 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4308 @item @samp{pow@var{m}3}
4309 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4310 into operand 0.
4311
4312 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4313 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4314 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4315 type @code{float}.
4316
4317 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4318 @item @samp{atan2@var{m}3}
4319 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4320 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4321 determine the quadrant of the result.
4322
4323 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4324 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4325 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4326 type @code{float}.
4327
4328 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4329 @item @samp{floor@var{m}2}
4330 Store the largest integral value not greater than argument.
4331
4332 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4333 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4334 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4335 type @code{float}.
4336
4337 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4338 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4339 Store the argument rounded to integer towards zero.
4340
4341 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4342 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4343 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4344 type @code{float}.
4345
4346 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4347 @item @samp{round@var{m}2}
4348 Store the argument rounded to integer away from zero.
4349
4350 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4351 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4352 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4353 type @code{float}.
4354
4355 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4356 @item @samp{ceil@var{m}2}
4357 Store the argument rounded to integer away from zero.
4358
4359 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4360 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4361 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4362 type @code{float}.
4363
4364 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4365 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4366 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4367
4368 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4369 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4370 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4371 type @code{float}.
4372
4373 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4374 @item @samp{rint@var{m}2}
4375 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4376 raise the inexact exception when the result differs in value from
4377 the argument
4378
4379 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4380 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4381 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4382 type @code{float}.
4383
4384 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4385 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4386 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4387 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4388 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4389
4390 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4391 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
4392 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4393 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4394 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4395
4396 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4397 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
4398 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4399 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4400 operand 0 (which has mode @var{n}).
4401
4402 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4403 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
4404 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4405 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4406 operand 0 (which has mode @var{n}).
4407
4408 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4409 @item @samp{copysign@var{m}3}
4410 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4411 2 into operand 0.
4412
4413 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4414 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4415 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4416 type @code{float}.
4417
4418 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4419 @item @samp{ffs@var{m}2}
4420 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4421 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4422 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4423 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4424 generating the instruction.
4425
4426 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4427 corresponds to the C data type @code{int}.
4428
4429 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4430 @item @samp{clz@var{m}2}
4431 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4432 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4433 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4434 the result is undefined or has a useful value.
4435 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4436 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4437 operand to that mode before generating the instruction.
4438
4439 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4440 @item @samp{ctz@var{m}2}
4441 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4442 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4443 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4444 the result is undefined or has a useful value.
4445 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4446 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4447 operand to that mode before generating the instruction.
4448
4449 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4450 @item @samp{popcount@var{m}2}
4451 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4452 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4453 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4454 generating the instruction.
4455
4456 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4457 @item @samp{parity@var{m}2}
4458 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4459 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4460 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4461 the operand to that mode before generating the instruction.
4462
4463 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4464 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4465 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4466
4467 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4468 @item @samp{movmem@var{m}}
4469 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4470 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4471 address in mode @code{Pmode}.
4472
4473 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4474 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4475 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4476 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4477 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4478 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4479 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4480
4481 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4482 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4483 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4484 it may provide the value 4 for this operand.
4485
4486 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4487 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4488 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4489 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4490 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4491
4492 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4493 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4494 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4495 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4496 individually moved data units in the block.
4497
4498 These patterns need not give special consideration to the possibility
4499 that the source and destination strings might overlap.
4500
4501 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4502 @item @samp{movstr}
4503 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4504 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4505 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4506 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4507 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4508 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4509
4510 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4511 @item @samp{setmem@var{m}}
4512 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4513 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4514 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4515 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4516 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4517 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4518
4519 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4520 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4521 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4522 operand.
4523
4524 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4525 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4526 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4527 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4528 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4529
4530 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4531
4532 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4533 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4534 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4535 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4536 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4537 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4538 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4539 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4540 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4541 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4542 indicates the result of the comparison.
4543
4544 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4545 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4546 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4547 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4548 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4549 @code{Pmode}.
4550
4551 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4552 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4553 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4554 it may provide the value 4 for this operand.
4555
4556 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4557 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4558 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4559 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4560 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4561 whose sign indicates the result of the comparison.
4562
4563 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4564 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4565 Block compare instruction, with five operands like the operands
4566 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4567 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4568 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4569 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4570 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4571 comparison.
4572
4573 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4574 @item @samp{strlen@var{m}}
4575 Compute the length of a string, with three operands.
4576 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4577 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4578 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4579 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4580 of the beginning of the string.
4581
4582 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4583 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4584 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4585 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4586 @var{n}).
4587
4588 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4589 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4590 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4591 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4592 @var{n}).
4593
4594 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4595 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4596 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4597 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4598 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4599 the value of operand 1 is an integer.
4600
4601 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4602 define the @code{ftrunc} pattern.
4603
4604 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4605 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4606 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4607 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4608 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4609 value of operand 1 is an integer.
4610
4611 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4612 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4613 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4614 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4615 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4616
4617 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4618 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4619 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4620 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4621
4622 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4623 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4624 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4625 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4626
4627 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4628 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4629 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4630 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4631 point or both floating point.
4632
4633 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4634 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4635 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4636 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4637 point or both floating point.
4638
4639 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4640 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4641 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4642 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4643 point.
4644
4645 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4646 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4647 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4648 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4649 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4650 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4651 or fixed-point to floating-point.
4652 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4653
4654 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4655 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4656 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4657 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4658 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4659 or floating-point to fixed-point.
4660 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4661 results to the maximum or the minimum.
4662
4663 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4664 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4665 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4666 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4667 could be unsigned integer to fixed-point, or
4668 fixed-point to unsigned integer.
4669 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4670
4671 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4672 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4673 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4674 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4675 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4676 results to the maximum or the minimum.
4677
4678 @cindex @code{extv} instruction pattern
4679 @item @samp{extv}
4680 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4681 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4682 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4683 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4684 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4685 be valid for @code{word_mode}.
4686
4687 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4688 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4689
4690 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4691 before it is stored in operand 0.
4692
4693 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4694 @item @samp{extzv}
4695 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4696
4697 @cindex @code{insv} instruction pattern
4698 @item @samp{insv}
4699 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4700 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4701 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4702 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4703 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4704
4705 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4706 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4707
4708 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4709 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4710 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4711 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4712 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4713
4714 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4715 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4716 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4717 codes and vice versa.
4718
4719 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4720 define these patterns.
4721
4722 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4723 @item @samp{add@var{mode}cc}
4724 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4725 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4726 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4727 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4728
4729 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4730 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4731 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4732 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4733 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4734 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4735 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4736 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4737
4738 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4739 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4740 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4741 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4742 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4743 found that can be used for all the possible comparison operators, you
4744 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
4745 onto the one you chose.
4746
4747 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
4748 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
4749 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
4750 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
4751 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
4752 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
4753
4754 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
4755 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
4756 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
4757 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
4758 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
4759 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
4760 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
4761 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
4762 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
4763 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
4764 from the machine description.
4765
4766 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4767 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4768 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4769 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4770 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4771 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4772
4773 @cindex @code{jump} instruction pattern
4774 @item @samp{jump}
4775 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4776 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4777 on all machines.
4778
4779 @cindex @code{call} instruction pattern
4780 @item @samp{call}
4781 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4782 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4783 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4784 operands.
4785
4786 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4787 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4788 to put this information into the assembler code; they can put it in
4789 the RTL instead of operand 1.
4790
4791 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4792 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4793 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4794 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4795 instruction, the pattern for this operation should be a
4796 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4797 address into a register and uses that register in the call instruction.
4798
4799 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4800 @item @samp{call_value}
4801 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4802 register in which the value is returned.  There are three more
4803 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4804 instruction (but with numbers increased by one).
4805
4806 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4807 insn.
4808
4809 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4810 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4811 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4812 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4813 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4814 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4815 adjustment made to the frame pointer.
4816
4817 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4818 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4819 can be eliminated, if desired.
4820
4821 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4822 @item @samp{untyped_call}
4823 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4824 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4825 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4826 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4827 the saving of a function return value into the result block.
4828
4829 This instruction pattern should be defined to support
4830 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4831 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4832 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4833 multiple registers that can hold a return value
4834 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4835
4836 @cindex @code{return} instruction pattern
4837 @item @samp{return}
4838 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4839 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4840 from a function.
4841
4842 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4843 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4844 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4845 some class of functions only requires one instruction to implement a
4846 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4847 to save any registers or allocate stack space.
4848
4849 @findex reload_completed
4850 @findex leaf_function_p
4851 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4852 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4853 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4854 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4855 a register window push is required.
4856
4857 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4858 such as
4859
4860 @smallexample
4861 (define_insn ""
4862   [(set (pc)
4863         (if_then_else (match_operator
4864                          0 "comparison_operator"
4865                          [(cc0) (const_int 0)])
4866                       (return)
4867                       (pc)))]
4868   "@var{condition}"
4869   "@dots{}")
4870 @end smallexample
4871
4872 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4873 named @samp{return} pattern.
4874
4875 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4876 @item @samp{untyped_return}
4877 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4878 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4879 instructions are needed to return a value of any type.
4880
4881 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4882 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4883 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4884 the restoring of a function return value from the result block.
4885
4886 @cindex @code{nop} instruction pattern
4887 @item @samp{nop}
4888 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4889 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4890 RTL pattern.
4891
4892 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4893 @item @samp{indirect_jump}
4894 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4895 This pattern name is mandatory on all machines.
4896
4897 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4898 @item @samp{casesi}
4899 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4900 This instruction takes five operands:
4901
4902 @enumerate
4903 @item
4904 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4905
4906 @item
4907 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4908
4909 @item
4910 The total range of indices in the table---the largest index
4911 minus the smallest one (both inclusive).
4912
4913 @item
4914 A label that precedes the table itself.
4915
4916 @item
4917 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4918 @end enumerate
4919
4920 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4921 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4922 difference between the upper bound and the lower bound.
4923
4924 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4925 @item @samp{tablejump}
4926 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4927 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4928 is no @samp{casesi} pattern.
4929
4930 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4931 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4932 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4933 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4934 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4935 mode @code{Pmode}.
4936
4937 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4938 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4939 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4940 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4941
4942
4943 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4944 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4945 Conditional branch instruction that decrements a register and
4946 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4947 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4948 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4949
4950 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4951 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4952 reduction is enabled.
4953
4954 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4955 @item @samp{doloop_end}
4956 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4957 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4958 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4959 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4960 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4961 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4962 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4963 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4964 @xref{Looping Patterns}.
4965
4966 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4967 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4968 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4969 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4970 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4971 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4972 too large for this instruction, make it fail.
4973
4974 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4975 @item @samp{doloop_begin}
4976 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4977 need to perform some initialization, such as loading special registers
4978 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4979 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4980 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4981
4982
4983 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4984 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4985 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4986 into operand 0.
4987
4988 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4989 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4990 and also has mode @code{Pmode}.
4991
4992 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4993 the address of the function which would be called if the function
4994 pointer were used in an indirect call.
4995
4996 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4997 can have different values but still call the same function when
4998 used in an indirect call.
4999
5000 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5001 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5002 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5003 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5004 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5005 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5006 @item @samp{save_stack_block}
5007 @itemx @samp{save_stack_function}
5008 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5009 @itemx @samp{restore_stack_block}
5010 @itemx @samp{restore_stack_function}
5011 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5012 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5013 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5014 such machines.
5015
5016 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5017 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5018 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5019 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5020 saves and restores are:
5021
5022 @enumerate
5023 @item
5024 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5025 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5026 restores the stack pointer when the block is exited.
5027
5028 @item
5029 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5030 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5031 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5032 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5033 restore sequence on some machines.
5034
5035 @item
5036 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5037 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5038 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5039 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5040 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5041 and restoring additional data such as register window information or
5042 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5043 such required data.
5044 @end enumerate
5045
5046 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5047 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5048 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5049 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5050 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5051 for a particular type of save (either because no save is needed or
5052 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5053 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5054 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5055 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5056
5057 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5058 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5059 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5060
5061 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5062 @item @samp{allocate_stack}
5063 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5064 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5065
5066 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5067 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5068 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5069 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5070 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5071 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5072 stack is free.
5073
5074 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5075 Some machines require other operations such as stack probes or
5076 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5077 operations in addition to updating the stack pointer.
5078
5079 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5080 @item @samp{check_stack}
5081 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5082 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5083 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5084 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5085 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5086 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5087
5088 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5089 @item @samp{probe_stack}
5090 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5091 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5092 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5093 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5094 in the stack that needs to be probed.
5095
5096 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5097 @item @samp{nonlocal_goto}
5098 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5099 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5100 each representing a value to be used in the jump.  The first
5101 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5102 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5103 the third is the address of a location where the stack is saved,
5104 and the last is the address of the label, to be placed in the
5105 location for the incoming static chain.
5106
5107 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5108 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5109 and static chain, restore the stack (using the
5110 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5111 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5112 not work on your machine.
5113
5114 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5115 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5116 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5117 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5118 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5119 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5120 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5121 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5122 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5123 There are no arguments.
5124
5125 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5126 @item @samp{exception_receiver}
5127 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5128 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5129 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5130 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5131 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5132 an exception.  There are no arguments.
5133
5134 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5135 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5136 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5137 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5138 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5139 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5140 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5141 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5142 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5143 the first three are normally used by the generic mechanism.
5144
5145 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5146 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5147 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5148 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5149 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5150 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5151 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5152 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5153 at a small offset from that label.
5154
5155 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5156 @item @samp{builtin_longjmp}
5157 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5158 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5159 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5160 @code{jmp_buf}.
5161
5162 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5163 @item @samp{eh_return}
5164 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5165 and thence the call frame exception handling library routines, are
5166 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5167 the abnormal return path.
5168
5169 The address of the exception handler to which the function should return
5170 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5171 the pattern to some special register or memory location.
5172 If the pattern needs to determine the location of the target call
5173 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5174 if defined; it will have already been assigned.
5175
5176 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5177 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5178 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5179 handling is to be used.
5180
5181 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5182 @anchor{prologue instruction pattern}
5183 @item @samp{prologue}
5184 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5185 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5186 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5187
5188 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5189 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5190
5191 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5192 instruction scheduling.
5193
5194 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5195 @anchor{epilogue instruction pattern}
5196 @item @samp{epilogue}
5197 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5198 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5199 registers and emitting the return instruction.
5200
5201 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5202 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5203
5204 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5205 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5206
5207 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5208 @item @samp{sibcall_epilogue}
5209 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5210 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5211 sibling call (aka tail call) sites.
5212
5213 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5214 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5215 function.
5216
5217 @cindex @code{trap} instruction pattern
5218 @item @samp{trap}
5219 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5220 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5221 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5222
5223 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5224 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5225 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5226 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5227 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5228
5229 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5230
5231 @smallexample
5232 (define_insn "ctrapsi4"
5233   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5234              [(match_operand 1 "register_operand")
5235               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5236             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5237   ""
5238   "@dots{}")
5239 @end smallexample
5240
5241 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5242 @item @samp{prefetch}
5243
5244 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5245 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5246 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5247 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5248 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5249 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5250 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5251 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5252 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5253
5254 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5255 the values of operands 1 and 2.
5256
5257 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5258 @item @samp{blockage}
5259
5260 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5261 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5262 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5263
5264 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5265 @item @samp{memory_barrier}
5266
5267 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5268 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5269 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5270 This pattern has no operands.
5271
5272 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5273 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5274
5275 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5276 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5277 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5278 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5279 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5280 of the operation; it should contain the contents of the memory
5281 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5282 a copy of operand 2.
5283
5284 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5285
5286 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5287 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5288 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5289 after the atomic operation.
5290
5291 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5292 operation is available via the status flags, it is possible to
5293 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5294 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5295 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5296 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5297 description includes such a set, the target should also define special
5298 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5299 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5300 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5301 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5302
5303 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5304 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5305 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5306 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5307 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5308 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5309 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5310 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5311 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5312
5313 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5314 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5315 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5316
5317 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5318 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5319 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5320 after the atomic operation.
5321
5322 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5323 from a compare-and-swap operation, if defined.
5324
5325 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5326 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5327 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5328 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5329 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5330 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5331 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5332 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5333 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5334
5335 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5336 and return the value that the memory contained before the operation.
5337 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5338 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5339 to the binary operator.
5340
5341 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5342 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5343 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5344 after the atomic operation.
5345
5346 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5347 from a compare-and-swap operation, if defined.
5348
5349 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5350 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5351 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5352 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5353 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5354 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5355 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5356 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5357 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5358
5359 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5360 except that they return the value that exists in the memory location
5361 after the operation, rather than before the operation.
5362
5363 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5364 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5365
5366 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5367 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5368 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5369 is the value to set in the lock.
5370
5371 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5372 which the previous value in memory operand is copied into the result
5373 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5374
5375 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5376 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5377 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5378 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5379 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5380
5381 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5382 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5383 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5384
5385 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5386 a compare-and-swap operation, if defined.
5387
5388 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5389 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5390
5391 This pattern, if defined, releases a lock set by
5392 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5393 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5394
5395 If the target doesn't implement full semantics for
5396 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5397 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5398 of the memory operand are implementation defined.
5399
5400 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5401 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5402 released only after all previous memory operations have completed.
5403
5404 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5405 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5406
5407 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5408 @item @samp{stack_protect_set}
5409
5410 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5411 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5412 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5413 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5414 having clobbered it.
5415
5416 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5417
5418 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5419 @item @samp{stack_protect_test}
5420
5421 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5422 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5423 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5424 weren't equal.
5425
5426 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5427 conditional branch pattern is used.
5428
5429 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5430 @item @samp{clear_cache}
5431
5432 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5433 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5434 inclusive and operand 1 exclusive.
5435
5436 If this pattern is not defined, a call to the library function
5437 @code{__clear_cache} is used.
5438
5439 @end table
5440
5441 @end ifset
5442 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5443 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5444 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5445 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5446 @ifset INTERNALS
5447 @node Pattern Ordering
5448 @section When the Order of Patterns Matters
5449 @cindex Pattern Ordering
5450 @cindex Ordering of Patterns
5451
5452 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5453 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5454 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5455 and faster instructions (those that will produce better code when they
5456 do match) should usually go first in the description.
5457
5458 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5459 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5460 instruction for converting a fullword to floating point and another
5461 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5462 an integer to floating point could match either one.  We put the
5463 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5464 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5465 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5466 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5467 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5468 constant value.
5469
5470 @end ifset
5471 @ifset INTERNALS
5472 @node Dependent Patterns
5473 @section Interdependence of Patterns
5474 @cindex Dependent Patterns
5475 @cindex Interdependence of Patterns
5476
5477 In some cases machines support instructions identical except for the
5478 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5479 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5480 patterns are
5481
5482 @smallexample
5483 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5484      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5485
5486 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5487      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5488 @end smallexample
5489
5490 @noindent
5491 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5492 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5493 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5494 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5495 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5496 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5497
5498 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5499 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5500 compilations.
5501
5502 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5503 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5504 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5505 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5506 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5507 that supports register-register add insns by examining the operands and
5508 generating the appropriate machine instruction.
5509
5510 @end ifset
5511 @ifset INTERNALS
5512 @node Jump Patterns
5513 @section Defining Jump Instruction Patterns
5514 @cindex jump instruction patterns
5515 @cindex defining jump instruction patterns
5516
5517 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5518 The machine description should define a single pattern, usually
5519 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5520
5521 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5522 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5523 or not according to its value.  For many machines, however,
5524 separating compares and branches is limiting, which is why the
5525 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5526 The machine description becomes clearer for architectures that
5527 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5528 works better when different sets of comparison operators are supported
5529 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5530 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5531
5532 Two separate insns are always used if the machine description represents
5533 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5534 and on most machines that use a separate condition code register
5535 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5536 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5537 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5538 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5539 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5540 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5541
5542 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5543 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5544 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5545 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5546 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5547 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5548 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5549
5550 @end ifset
5551 @ifset INTERNALS
5552 @node Looping Patterns
5553 @section Defining Looping Instruction Patterns
5554 @cindex looping instruction patterns
5555 @cindex defining looping instruction patterns
5556
5557 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5558 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5559 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5560 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5561 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5562 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5563 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5564 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5565 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5566 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5567 the jump.
5568
5569 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5570 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5571 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5572 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5573 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5574 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5575 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5576 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5577 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5578 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5579 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5580 following for its @code{dbra} instruction:
5581
5582 @smallexample
5583 @group
5584 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5585   [(set (pc)
5586         (if_then_else
5587           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5588                        (const_int -1))
5589               (const_int 0))
5590           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5591           (pc)))
5592    (set (match_dup 0)
5593         (plus:SI (match_dup 0)
5594                  (const_int -1)))]
5595   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5596   "@dots{}")
5597 @end group
5598 @end smallexample
5599
5600 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5601 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5602 since this insn is generated by the instruction combination phase
5603 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5604 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5605 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5606 pattern will not be matched by the combiner.
5607
5608 @smallexample
5609 @group
5610 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5611   [(set (pc)
5612         (if_then_else
5613           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5614               (const_int 1))
5615           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5616           (pc)))
5617    (set (match_dup 0)
5618         (plus:SI (match_dup 0)
5619                  (const_int -1)))]
5620   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5621   "@dots{}")
5622 @end group
5623 @end smallexample
5624
5625 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5626 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5627 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5628 information collected during strength reduction.
5629
5630 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5631 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5632 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5633 needed for some low-overhead looping instructions.
5634
5635 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5636 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5637 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5638 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5639 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5640 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5641 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5642 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5643 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5644 desired special iteration counter register was not allocated, this
5645 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5646 instruction pair.
5647
5648 The essential difference between the
5649 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5650 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5651 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5652 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5653 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5654 may become redundant and removed by the flow pass.
5655
5656
5657 @end ifset
5658 @ifset INTERNALS
5659 @node Insn Canonicalizations
5660 @section Canonicalization of Instructions
5661 @cindex canonicalization of instructions
5662 @cindex insn canonicalization
5663
5664 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5665 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5666 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5667 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5668 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5669 number of insn patterns required.
5670
5671 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5672 are performed:
5673
5674 @itemize @bullet
5675 @item
5676 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5677 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5678 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5679 be supplied.
5680
5681 @item
5682 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5683 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5684 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5685 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5686 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5687 floating-point.
5688
5689 @item
5690 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5691 @cindex @code{not}, canonicalization of
5692 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5693 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5694 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5695 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5696 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5697 first operand.
5698
5699 @item
5700 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5701 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5702 the operations as far as possible.  For instance,
5703 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5704 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5705 @code{(minus A (mult B C))}.
5706
5707 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5708 @item
5709 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5710 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5711
5712 @item
5713 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5714 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5715 above.
5716
5717 @item
5718 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5719 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5720 of @code{ltu}.
5721
5722 @item
5723 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5724 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5725
5726 @item
5727 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5728 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5729
5730 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5731 @cindex @code{and}, canonicalization of
5732 @cindex De Morgan's law
5733 @item
5734 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5735 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5736 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5737
5738 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5739 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5740 for that instruction as
5741
5742 @smallexample
5743 (define_insn ""
5744   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5745         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5746                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5747   "@dots{}"
5748   "@dots{}")
5749 @end smallexample
5750
5751 @noindent
5752 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5753
5754 @smallexample
5755 (define_insn ""
5756   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5757         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5758                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5759   "@dots{}"
5760   "@dots{}")
5761 @end smallexample
5762
5763 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5764 logically equivalent RTL expressions.
5765
5766 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5767 @item
5768 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5769 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5770 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5771
5772 @item
5773 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5774 the form
5775
5776 @smallexample
5777 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5778 @end smallexample
5779
5780 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5781 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5782 @item
5783 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5784 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5785 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5786
5787 @end itemize
5788
5789 Further canonicalization rules are defined in the function
5790 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5791
5792 @end ifset
5793 @ifset INTERNALS
5794 @node Expander Definitions
5795 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5796 @cindex expander definitions
5797 @cindex code generation RTL sequences
5798 @cindex defining RTL sequences for code generation
5799
5800 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5801 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5802 represent them.  For these target machines, you can write a
5803 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5804
5805 @findex define_expand
5806 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5807 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5808 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5809
5810 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5811
5812 @itemize @bullet
5813 @item
5814 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5815 use for it is to refer to it by name.
5816
5817 @item
5818 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5819 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5820 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5821
5822 @item
5823 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5824 used to express how the availability of this pattern depends on
5825 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5826 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5827 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5828 depend on the data in the insn being matched, but only the
5829 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5830 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5831 are available in a particular run.
5832
5833 @item
5834 The preparation statements, a string containing zero or more C
5835 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5836 the RTL template.
5837
5838 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5839 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5840 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5841 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5842 @end itemize
5843
5844 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5845 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5846 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5847 it.
5848
5849 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5850 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5851 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5852
5853 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5854 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5855 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5856 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5857 information to preload the operand into a register if that is required for
5858 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5859 references should use @code{match_dup}.
5860
5861 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5862 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5863 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5864 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5865 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5866 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5867 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5868 compute the values and store them into the appropriate elements of
5869 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5870
5871 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5872 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5873 as a statement.
5874
5875 @table @code
5876
5877 @findex DONE
5878 @item DONE
5879 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5880 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5881 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5882 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5883
5884 @findex FAIL
5885 @item FAIL
5886 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5887 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5888 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5889
5890 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5891 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5892 operations.
5893 @end table
5894
5895 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5896 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5897 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5898 insn.
5899
5900 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5901 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5902 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5903 list of operands, such as this example:
5904
5905 @smallexample
5906 @group
5907 (define_expand "addsi3"
5908   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5909    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5910    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5911 @end group
5912 @group
5913   ""
5914   "
5915 @{
5916   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5917   DONE;
5918 @}")
5919 @end group
5920 @end smallexample
5921
5922 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5923
5924 @smallexample
5925 @group
5926 (define_expand "ashlsi3"
5927   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5928         (ashift:SI
5929 @end group
5930 @group
5931           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5932           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5933   ""
5934   "
5935 @end group
5936 @end smallexample
5937
5938 @smallexample
5939 @group
5940 @{
5941   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5942       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5943     FAIL;
5944 @}")
5945 @end group
5946 @end smallexample
5947
5948 @noindent
5949 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5950 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5951 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5952 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5953 library call).
5954
5955 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5956 patterns with names, then it would be possible to use a
5957 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5958 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5959
5960 @smallexample
5961 (define_expand "zero_extendhisi2"
5962   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5963         (const_int 0))
5964    (set (strict_low_part
5965           (subreg:HI
5966             (match_dup 0)
5967             0))
5968         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5969   ""
5970   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5971 @end smallexample
5972
5973 @noindent
5974 @findex make_safe_from
5975 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5976 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5977 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5978 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5979 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5980 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5981 by emitting another RTL insn.
5982
5983 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5984 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5985 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5986 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5987 on this machine.  So it must be copied into a register with
5988 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5989
5990 @smallexample
5991 (define_expand "zero_extendhisi2"
5992   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5993         (and:SI (subreg:SI
5994                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5995                   0)
5996                 (match_dup 2)))]
5997   ""
5998   "operands[2]
5999      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
6000 @end smallexample
6001
6002 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
6003 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
6004 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
6005 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
6006 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
6007 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
6008 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
6009 in the compiler.
6010
6011 @end ifset
6012 @ifset INTERNALS
6013 @node Insn Splitting
6014 @section Defining How to Split Instructions
6015 @cindex insn splitting
6016 @cindex instruction splitting
6017 @cindex splitting instructions
6018
6019 There are two cases where you should specify how to split a pattern
6020 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6021 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6022 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6023 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6024 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6025 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6026 cannot be placed into a delay slot.
6027
6028 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6029 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6030 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6031 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6032 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6033 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6034 scheduling.
6035
6036 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6037 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6038 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6039 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6040 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6041 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6042 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6043 split the addition into two insns is machine-dependent.
6044
6045 @findex define_split
6046 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6047 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6048
6049 @smallexample
6050 (define_split
6051   [@var{insn-pattern}]
6052   "@var{condition}"
6053   [@var{new-insn-pattern-1}
6054    @var{new-insn-pattern-2}
6055    @dots{}]
6056   "@var{preparation-statements}")
6057 @end smallexample
6058
6059 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6060 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6061 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6062 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6063 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6064 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6065
6066 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6067 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6068 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6069 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6070 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6071 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6072 must not allocate any space in the stack frame.
6073
6074 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6075 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6076 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6077 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6078 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6079 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6080 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6081 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6082 of those definitions.
6083
6084 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6085 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6086 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6087
6088 @smallexample
6089 (define_split
6090   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6091         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6092   ""
6093   [(set (match_dup 0)
6094         (ashift:SI (match_dup 1)
6095                    (const_int 16)))
6096    (set (match_dup 0)
6097         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6098                      (const_int 16)))]
6099   "
6100 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6101 @end smallexample
6102
6103 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6104 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6105 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6106 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6107 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6108 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6109 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6110 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6111 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6112 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6113
6114 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6115 @file{rs6000.md}:
6116
6117 @smallexample
6118 (define_split
6119   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6120         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6121                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6122   ""
6123   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6124    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6125 "
6126 @{
6127   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6128   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6129
6130   if (low & 0x8000)
6131     high++, low |= 0xffff0000;
6132
6133   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6134   operands[4] = GEN_INT (low);
6135 @}")
6136 @end smallexample
6137
6138 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6139 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6140 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6141 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6142
6143 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6144 an equality comparison of a register and a large constant:
6145
6146 @smallexample
6147 (define_split
6148   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6149         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6150                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6151    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6152   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6153    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6154        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6155   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6156    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6157   "
6158 @{
6159   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6160      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6161      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6162
6163   int c = INTVAL (operands[2]);
6164   int sextc = (c << 16) >> 16;
6165   int xorv = c ^ sextc;
6166
6167   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6168   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6169 @}")
6170 @end smallexample
6171
6172 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6173 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6174 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6175 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6176 are not valid.
6177
6178 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6179 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6180 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6181 several restriction apply.
6182
6183 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6184 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6185 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6186 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6187 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6188 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6189 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6190 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6191 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6192 forward jumps to the newly created labels.
6193
6194 @findex define_insn_and_split
6195 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6196 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6197 this:
6198
6199 @smallexample
6200 (define_insn_and_split
6201   [@var{insn-pattern}]
6202   "@var{condition}"
6203   "@var{output-template}"
6204   "@var{split-condition}"
6205   [@var{new-insn-pattern-1}
6206    @var{new-insn-pattern-2}
6207    @dots{}]
6208   "@var{preparation-statements}"
6209   [@var{insn-attributes}])
6210
6211 @end smallexample
6212
6213 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6214 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6215 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6216 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6217 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6218 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6219 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6220 from i386.md:
6221
6222 @smallexample
6223 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6224   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6225      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6226    (clobber (reg:CC 17))]
6227   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6228   "#"
6229   "&& reload_completed"
6230   [(parallel [(set (match_dup 0)
6231                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6232               (clobber (reg:CC 17))])]
6233   ""
6234   [(set_attr "type" "alu1")])
6235
6236 @end smallexample
6237
6238 In this case, the actual split condition will be
6239 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6240
6241 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6242 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6243 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6244 having to ensure the two patterns' templates match.
6245
6246 @end ifset
6247 @ifset INTERNALS
6248 @node Including Patterns
6249 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6250 @cindex insn includes
6251
6252 @findex include
6253 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6254 look for patterns that are in files other than in the file
6255 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6256
6257 It looks like:
6258
6259 @smallexample
6260
6261 (include
6262   @var{pathname})
6263 @end smallexample
6264
6265 For example:
6266
6267 @smallexample
6268
6269 (include "filestuff")
6270
6271 @end smallexample
6272
6273 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6274 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6275 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6276
6277
6278 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6279 and placed into subdirectories.
6280
6281 By specifying:
6282
6283 @smallexample
6284
6285 (include "BOGUS/filestuff")
6286
6287 @end smallexample
6288
6289 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6290
6291 Specifying an absolute path for the include file such as;
6292 @smallexample
6293
6294 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6295
6296 @end smallexample
6297 is permitted but is not encouraged.
6298
6299 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6300 @cindex directory options .md
6301 @cindex options, directory search
6302 @cindex search options
6303
6304 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6305 For example:
6306
6307 @smallexample
6308
6309 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6310
6311 @end smallexample
6312
6313
6314 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6315 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6316 file, substituting your own version, since these directories are
6317 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6318 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6319 order; the standard default directory come after.
6320
6321
6322 @end ifset
6323 @ifset INTERNALS
6324 @node Peephole Definitions
6325 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6326 @cindex peephole optimizer definitions
6327 @cindex defining peephole optimizers
6328
6329 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6330 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6331
6332 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6333 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6334 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6335 though the second one does not appear to use a register computed in the
6336 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6337 opportunities.
6338
6339 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6340 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6341 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6342 is deprecated.
6343
6344 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6345 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6346 but before scheduling, which may result in much better code for
6347 targets that do scheduling.
6348
6349 @menu
6350 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6351 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6352 @end menu
6353
6354 @end ifset
6355 @ifset INTERNALS
6356 @node define_peephole
6357 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6358 @findex define_peephole
6359
6360 @need 1000
6361 A definition looks like this:
6362
6363 @smallexample
6364 (define_peephole
6365   [@var{insn-pattern-1}
6366    @var{insn-pattern-2}
6367    @dots{}]
6368   "@var{condition}"
6369   "@var{template}"
6370   "@var{optional-insn-attributes}")
6371 @end smallexample
6372
6373 @noindent
6374 The last string operand may be omitted if you are not using any
6375 machine-specific information in this machine description.  If present,
6376 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6377
6378 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6379 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6380 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6381 the next, and so on.
6382
6383 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6384 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6385 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6386 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6387 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6388 stages.
6389
6390 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6391 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6392 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6393 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6394 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6395 other.
6396
6397 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6398 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6399 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6400 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6401 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6402
6403 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6404 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6405 previously tested.
6406
6407 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6408 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6409 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6410 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6411 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6412 patterns.
6413
6414 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6415 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6416 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6417 the operands.
6418
6419 @findex prev_active_insn
6420 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6421 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6422 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6423 to refer to the last of the insns being matched; use
6424 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6425
6426 @findex dead_or_set_p
6427 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6428 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6429 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6430 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6431 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6432 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6433 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6434
6435 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6436 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6437 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6438 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6439 used in matching the original sequence of insns.
6440
6441 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6442 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6443 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6444 as the insn pattern to control how the insn is output.
6445
6446 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6447 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6448
6449 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6450
6451 @smallexample
6452 (define_peephole
6453   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6454    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6455         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6456   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6457 @{
6458   rtx xoperands[2];
6459   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6460 #ifdef MOTOROLA
6461   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6462   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6463   return "fmove.d (sp)+,%0";
6464 #else
6465   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6466   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6467   return "fmoved sp@@+,%0";
6468 #endif
6469 @})
6470 @end smallexample
6471
6472 @need 1000
6473 The effect of this optimization is to change
6474
6475 @smallexample
6476 @group
6477 jbsr _foobar
6478 addql #4,sp
6479 movel d1,sp@@-
6480 movel d0,sp@@-
6481 fmoved sp@@+,fp0
6482 @end group
6483 @end smallexample
6484
6485 @noindent
6486 into
6487
6488 @smallexample
6489 @group
6490 jbsr _foobar
6491 movel d1,sp@@
6492 movel d0,sp@@-
6493 fmoved sp@@+,fp0
6494 @end group
6495 @end smallexample
6496
6497 @ignore
6498 @findex CC_REVERSED
6499 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6500 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6501 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6502 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6503 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6504 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6505 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6506 and in this C code check the condition code status flags and change the
6507 assembler code as appropriate.
6508 @end ignore
6509
6510 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6511 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6512 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6513 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6514 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6515 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6516 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6517 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6518 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6519
6520 @smallexample
6521 (define_insn "divmodsi4"
6522   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6523         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6524                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6525    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6526         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6527   "TARGET_68020"
6528   "divsl%.l %2,%3:%0")
6529 @end smallexample
6530
6531 @noindent
6532 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6533
6534 @smallexample
6535 (define_peephole
6536   [@dots{}
6537    (parallel
6538     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6539           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6540                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6541      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6542           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6543    @dots{}]
6544   @dots{})
6545 @end smallexample
6546
6547 @end ifset
6548 @ifset INTERNALS
6549 @node define_peephole2
6550 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6551 @findex define_peephole2
6552
6553 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6554 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6555 what additional scratch registers may be needed and what their
6556 lifetimes must be.
6557
6558 @smallexample
6559 (define_peephole2
6560   [@var{insn-pattern-1}
6561    @var{insn-pattern-2}
6562    @dots{}]
6563   "@var{condition}"
6564   [@var{new-insn-pattern-1}
6565    @var{new-insn-pattern-2}
6566    @dots{}]
6567   "@var{preparation-statements}")
6568 @end smallexample
6569
6570 The definition is almost identical to @code{define_split}
6571 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6572 single instruction, but a sequence of instructions.
6573
6574 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6575 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6576 will simply not match.
6577
6578 @findex match_scratch
6579 @findex match_dup
6580 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6581 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6582 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6583 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6584 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6585 at which the register must be available.
6586
6587 Here is an example from the IA-32 machine description:
6588
6589 @smallexample
6590 (define_peephole2
6591   [(match_scratch:SI 2 "r")
6592    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6593                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6594                      [(match_dup 0)
6595                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6596               (clobber (reg:CC 17))])]
6597   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6598   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6599    (parallel [(set (match_dup 0)
6600                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6601               (clobber (reg:CC 17))])]
6602   "")
6603 @end smallexample
6604
6605 @noindent
6606 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6607 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6608 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6609 to be live only at the point just before the arithmetic.
6610
6611 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6612 so here's a silly made-up example:
6613
6614 @smallexample
6615 (define_peephole2
6616   [(match_scratch:SI 4 "r")
6617    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6618    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6619    (match_dup 4)
6620    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6621   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6622   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6623    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6624    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6625    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6626   "")
6627 @end smallexample
6628
6629 @noindent
6630 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6631 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6632 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6633
6634 @end ifset
6635 @ifset INTERNALS
6636 @node Insn Attributes
6637 @section Instruction Attributes
6638 @cindex insn attributes
6639 @cindex instruction attributes
6640
6641 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6642 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6643 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6644 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6645 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6646 to track the condition codes.
6647
6648 @menu
6649 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6650 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6651 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6652 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6653 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6654 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6655 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6656 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6657 @end menu
6658
6659 @end ifset
6660 @ifset INTERNALS
6661 @node Defining Attributes
6662 @subsection Defining Attributes and their Values
6663 @cindex defining attributes and their values
6664 @cindex attributes, defining
6665
6666 @findex define_attr
6667 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6668 by the target machine.  It looks like:
6669
6670 @smallexample
6671 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6672 @end smallexample
6673
6674 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6675
6676 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6677 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6678 indicate that the attribute takes numeric values.
6679
6680 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6681 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6682 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6683 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6684 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6685
6686 @findex insn-attr.h
6687 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6688 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6689 specified for an attribute, the following are defined:
6690
6691 @itemize @bullet
6692 @item
6693 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6694
6695 @item
6696 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6697 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6698 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6699
6700 @item
6701 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6702 returns the attribute value for that insn.
6703 @end itemize
6704
6705 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6706
6707 @smallexample
6708 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6709 @end smallexample
6710
6711 @noindent
6712 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6713
6714 @smallexample
6715 #define HAVE_ATTR_type
6716 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6717                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6718 extern enum attr_type get_attr_type ();
6719 @end smallexample
6720
6721 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6722 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6723 @code{int}.
6724
6725 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6726 attributes are not free to use for other purposes:
6727
6728 @table @code
6729 @item length
6730 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6731 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6732 distances. @xref{Insn Lengths}.
6733
6734 @item enabled
6735 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6736 alternatives of an insn definition from being used during code
6737 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6738 @end table
6739
6740 @findex define_enum_attr
6741 @anchor{define_enum_attr}
6742 Another way of defining an attribute is to use:
6743
6744 @smallexample
6745 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
6746 @end smallexample
6747
6748 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
6749 the list of values is taken from a separate enumeration called
6750 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
6751 the same list of values for several attributes without having to
6752 repeat the list each time.  For example:
6753
6754 @smallexample
6755 (define_enum "processor" [
6756   model_a
6757   model_b
6758   @dots{}
6759 ])
6760 (define_enum_attr "arch" "processor"
6761   (const (symbol_ref "target_arch")))
6762 (define_enum_attr "tune" "processor"
6763   (const (symbol_ref "target_tune")))
6764 @end smallexample
6765
6766 defines the same attributes as:
6767
6768 @smallexample
6769 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
6770   (const (symbol_ref "target_arch")))
6771 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
6772   (const (symbol_ref "target_tune")))
6773 @end smallexample
6774
6775 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
6776 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
6777 defines a single C enum (@code{processor}).
6778 @end ifset
6779 @ifset INTERNALS
6780 @node Expressions
6781 @subsection Attribute Expressions
6782 @cindex attribute expressions
6783
6784 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6785 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6786 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6787
6788 @table @code
6789 @cindex @code{const_int} and attributes
6790 @item (const_int @var{i})
6791 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6792 must be non-negative.
6793
6794 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6795 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6796 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6797 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6798 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6799
6800 @cindex @code{const_string} and attributes
6801 @item (const_string @var{value})
6802 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6803 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6804 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6805 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6806 of a @code{define_attr}.
6807
6808 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6809 must be a string containing a non-negative integer (normally
6810 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6811 contain one of the valid values for the attribute.
6812
6813 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6814 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6815 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6816 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6817 otherwise it is @var{false-value}.
6818
6819 @cindex @code{cond} and attributes
6820 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6821 The first operand of this expression is a vector containing an even
6822 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6823 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6824 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6825 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6826 expression is that of the @var{default} expression.
6827 @end table
6828
6829 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6830
6831 @table @code
6832 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6833 @item (const_int @var{i})
6834 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6835
6836 @cindex @code{not} and attributes
6837 @cindex @code{ior} and attributes
6838 @cindex @code{and} and attributes
6839 @item (not @var{test})
6840 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6841 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6842 These tests are true if the indicated logical function is true.
6843
6844 @cindex @code{match_operand} and attributes
6845 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6846 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6847 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6848 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6849 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6850 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6851 string).
6852
6853 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6854
6855 @cindex @code{le} and attributes
6856 @cindex @code{leu} and attributes
6857 @cindex @code{lt} and attributes
6858 @cindex @code{gt} and attributes
6859 @cindex @code{gtu} and attributes
6860 @cindex @code{ge} and attributes
6861 @cindex @code{geu} and attributes
6862 @cindex @code{ne} and attributes
6863 @cindex @code{eq} and attributes
6864 @cindex @code{plus} and attributes
6865 @cindex @code{minus} and attributes
6866 @cindex @code{mult} and attributes
6867 @cindex @code{div} and attributes
6868 @cindex @code{mod} and attributes
6869 @cindex @code{abs} and attributes
6870 @cindex @code{neg} and attributes
6871 @cindex @code{ashift} and attributes
6872 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6873 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6874 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6875 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6876 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6877 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6878 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6879 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6880 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6881 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6882 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6883 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6884 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6885 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6886 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6887 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6888 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6889
6890 @findex get_attr
6891 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6892 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6893 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6894 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6895 variable.
6896
6897 @findex eq_attr
6898 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6899 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6900
6901 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6902 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6903 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6904 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6905 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6906 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6907 @emph{not} in the specified list.
6908
6909 For example,
6910
6911 @smallexample
6912 (eq_attr "type" "load,store")
6913 @end smallexample
6914
6915 @noindent
6916 is equivalent to
6917
6918 @smallexample
6919 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6920 @end smallexample
6921
6922 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6923 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6924 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6925 example,
6926
6927 @smallexample
6928 (eq_attr "alternative" "2,3")
6929 @end smallexample
6930
6931 @noindent
6932 is equivalent to
6933
6934 @smallexample
6935 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6936      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6937 @end smallexample
6938
6939 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6940 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6941 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6942
6943 @findex attr_flag
6944 @item (attr_flag @var{name})
6945 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6946 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6947 scheduled.
6948
6949 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6950 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6951 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6952 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6953 if a conditional branch is expected to be taken.
6954
6955 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6956 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6957
6958 This example describes a conditional branch delay slot which
6959 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6960 for backward branches which are not taken (annul-false).
6961
6962 @smallexample
6963 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6964   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6965    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6966         (attr_flag "forward"))
6967    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6968         (attr_flag "backward"))])
6969 @end smallexample
6970
6971 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6972 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6973
6974 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6975 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6976 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6977 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6978
6979 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6980 meaning to other passes of the compiler.
6981
6982 @findex attr
6983 @item (attr @var{name})
6984 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6985 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6986 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6987 @end table
6988
6989 @end ifset
6990 @ifset INTERNALS
6991 @node Tagging Insns
6992 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6993 @cindex tagging insns
6994 @cindex assigning attribute values to insns
6995
6996 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6997 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6998 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6999 have an optional last argument to specify the values of attributes for
7000 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
7001 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
7002 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
7003 permits the specification of the values for only one or two attributes
7004 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
7005 next section.
7006
7007 The optional last argument of @code{define_insn} and
7008 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
7009 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
7010 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
7011 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
7012 second operand of the @code{set} is an attribute expression
7013 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
7014
7015 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
7016 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
7017 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
7018 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
7019 each alternative.
7020
7021 @findex set_attr
7022 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7023 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7024 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7025 of attribute values, one for each alternative.
7026
7027 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7028 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7029
7030 @table @code
7031 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7032 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7033 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7034 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7035 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7036
7037 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7038 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7039 that alternative.
7040
7041 @findex set_attr_alternative
7042 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7043 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7044 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7045 tests on the @samp{alternative} attribute.
7046
7047 @findex attr
7048 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7049 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7050 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7051 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7052 @end table
7053
7054 The following shows three different ways of representing the same
7055 attribute value specification:
7056
7057 @smallexample
7058 (set_attr "type" "load,store,arith")
7059
7060 (set_attr_alternative "type"
7061                       [(const_string "load") (const_string "store")
7062                        (const_string "arith")])
7063
7064 (set (attr "type")
7065      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7066             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7067            (const_string "arith")))
7068 @end smallexample
7069
7070 @need 1000
7071 @findex define_asm_attributes
7072 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7073 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7074 statement.  It has the form:
7075
7076 @smallexample
7077 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7078 @end smallexample
7079
7080 @noindent
7081 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7082 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7083
7084 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7085 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7086
7087 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7088 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7089 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7090 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7091 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7092 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7093 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7094 of a single machine instruction.
7095
7096 @end ifset
7097 @ifset INTERNALS
7098 @node Attr Example
7099 @subsection Example of Attribute Specifications
7100 @cindex attribute specifications example
7101 @cindex attribute specifications
7102
7103 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7104 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7105 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7106 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7107 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7108
7109 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7110 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7111 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7112 operations, floating point operations, and branches.
7113
7114 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7115 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7116 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7117 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7118 changed if the item previously set into the condition code has been
7119 modified.
7120
7121 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7122
7123 @smallexample
7124 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7125
7126 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7127              (cond [(eq_attr "type" "load")
7128                         (const_string "change0")
7129                     (eq_attr "type" "store,branch")
7130                         (const_string "unchanged")
7131                     (eq_attr "type" "arith")
7132                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7133                                       (const_string "set")
7134                                       (const_string "clobber"))]
7135                    (const_string "clobber")))
7136
7137 (define_insn ""
7138   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7139         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7140   ""
7141   "@@
7142    move %0,%1
7143    load %0,%1
7144    store %0,%1"
7145   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7146 @end smallexample
7147
7148 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7149 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7150 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7151 full-word result.
7152
7153 @end ifset
7154 @ifset INTERNALS
7155 @node Insn Lengths
7156 @subsection Computing the Length of an Insn
7157 @cindex insn lengths, computing
7158 @cindex computing the length of an insn
7159
7160 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7161 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7162 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7163 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7164 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7165 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7166
7167 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7168 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7169
7170 @table @code
7171 @cindex @code{match_dup} and attributes
7172 @item (match_dup @var{n})
7173 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7174 must be a @code{label_ref}.
7175
7176 @cindex @code{pc} and attributes
7177 @item (pc)
7178 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7179 been more consistent with other usage to make this the address of the
7180 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7181 current insn is to be computed.
7182 @end table
7183
7184 @cindex @code{addr_vec}, length of
7185 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7186 For normal insns, the length will be determined by value of the
7187 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7188 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7189 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7190
7191 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7192
7193 The following macros can be used to refine the length computation:
7194
7195 @table @code
7196 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7197 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7198 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7199 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7200 that contains the initially computed length of the insn and should be
7201 updated with the correct length of the insn.
7202
7203 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7204 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7205 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7206 may be required.
7207 @end table
7208
7209 @findex get_attr_length
7210 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7211 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7212 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7213 example below illustrates.
7214
7215 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7216 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7217 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7218 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7219 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7220
7221 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7222 as follows:
7223
7224 @smallexample
7225 (define_insn "jump"
7226   [(set (pc)
7227         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7228   ""
7229 @{
7230    return (get_attr_length (insn) == 4
7231            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7232 @}
7233   [(set (attr "length")
7234         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7235                       (const_int 4)
7236                       (const_int 6)))])
7237 @end smallexample
7238
7239 @end ifset
7240 @ifset INTERNALS
7241 @node Constant Attributes
7242 @subsection Constant Attributes
7243 @cindex constant attributes
7244
7245 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7246 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7247 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7248 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7249
7250 @smallexample
7251 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7252  (const
7253   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7254          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7255         (const_string "m88000"))))
7256
7257 (define_attr "memory" "fast,slow"
7258  (const
7259   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7260                 (const_string "fast")
7261                 (const_string "slow"))))
7262 @end smallexample
7263
7264 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7265 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7266 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7267 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7268 forms involving insn attributes.
7269
7270 @end ifset
7271 @ifset INTERNALS
7272 @node Delay Slots
7273 @subsection Delay Slot Scheduling
7274 @cindex delay slots, defining
7275
7276 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7277 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7278 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7279 after the instruction are executed as if they were located before it.
7280 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7281 the following instruction before the branch or call is performed.
7282
7283 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7284 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7285 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7286 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7287 annul if the branch is false are supported.
7288
7289 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7290 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7291 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7292 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7293 instruction scheduling.
7294
7295 @findex define_delay
7296 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7297 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7298
7299 @smallexample
7300 (define_delay @var{test}
7301               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7302                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7303                @dots{}])
7304 @end smallexample
7305
7306 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7307 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7308 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7309 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7310 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7311 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7312 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7313 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7314 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7315
7316 For example, in the common case where branch and call insns require
7317 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7318 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7319
7320 @smallexample
7321 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7322               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7323 @end smallexample
7324
7325 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7326 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7327 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7328 expressions are both true.
7329
7330 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7331 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7332 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7333 branch is true, we might represent this as follows:
7334
7335 @smallexample
7336 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7337    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7338     (eq_attr "type" "!branch,call")
7339     (nil)])
7340
7341 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7342               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7343                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7344 @end smallexample
7345 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7346
7347 @end ifset
7348 @ifset INTERNALS
7349 @node Processor pipeline description
7350 @subsection Specifying processor pipeline description
7351 @cindex processor pipeline description
7352 @cindex processor functional units
7353 @cindex instruction latency time
7354 @cindex interlock delays
7355 @cindex data dependence delays
7356 @cindex reservation delays
7357 @cindex pipeline hazard recognizer
7358 @cindex automaton based pipeline description
7359 @cindex regular expressions
7360 @cindex deterministic finite state automaton
7361 @cindex automaton based scheduler
7362 @cindex RISC
7363 @cindex VLIW
7364
7365 To achieve better performance, most modern processors
7366 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7367 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7368 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7369 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7370 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7371 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7372 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7373 MIPS processors).
7374
7375 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7376 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7377 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7378 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7379 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7380 are not available but will be ready in given time after the
7381 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7382 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7383 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7384 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7385 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7386 means that two instructions under execution will be in need of shared
7387 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7388 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7389 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7390 processors.
7391
7392 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7393 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7394 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7395 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7396 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7397 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7398 @dfn{regular expressions}.
7399
7400 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7401 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7402 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7403 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7404 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7405 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7406 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7407 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7408 furthermore, its speed is not dependent on processor
7409 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7410 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7411 can split orthogonal parts of the machine description among several
7412 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7413 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7414
7415 @cindex automaton based pipeline description
7416 The rest of this section describes the directives that constitute
7417 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7418 these constructions within the machine description file is not
7419 important.
7420
7421 @findex define_automaton
7422 @cindex pipeline hazard recognizer
7423 The following optional construction describes names of automata
7424 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7425 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7426 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7427 units to the automata, the total size of the automata is usually
7428 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7429 construction, only one finite state automaton is generated.
7430
7431 @smallexample
7432 (define_automaton @var{automata-names})
7433 @end smallexample
7434
7435 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7436 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7437 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7438 @code{define_query_cpu_unit}.
7439
7440 @findex define_cpu_unit
7441 @cindex processor functional units
7442 Each processor functional unit used in the description of instruction
7443 reservations should be described by the following construction.
7444
7445 @smallexample
7446 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7447 @end smallexample
7448
7449 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7450 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7451 for other goals.
7452
7453 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7454 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7455 construction @code{define_automaton}.  You should give
7456 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7457
7458 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7459 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7460 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7461 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7462 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7463 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7464 description of the subsequent constructions.
7465
7466 @findex define_query_cpu_unit
7467 @cindex querying function unit reservations
7468 The following construction describes CPU functional units analogously
7469 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7470 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7471 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7472 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7473 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7474 @acronym{VLIW} insn templates).
7475
7476 @smallexample
7477 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7478 @end smallexample
7479
7480 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7481 separated by commas.
7482
7483 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7484 which the unit is bound.
7485
7486 @findex define_insn_reservation
7487 @cindex instruction latency time
7488 @cindex regular expressions
7489 @cindex data bypass
7490 The following construction is the major one to describe pipeline
7491 characteristics of an instruction.
7492
7493 @smallexample
7494 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7495                          @var{condition} @var{regexp})
7496 @end smallexample
7497
7498 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7499 instruction.  There is an important difference between the old
7500 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7501 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7502 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7503 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7504 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7505 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7506 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7507 change the default costs for any description by using the target hook
7508 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7509
7510 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7511 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7512 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7513 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7514 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7515
7516 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7517 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7518 @var{condition} for two or more different
7519 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7520 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7521 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7522 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7523 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7524 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7525 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7526 recognizer considerably.
7527
7528 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7529 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7530 expression according to the following syntax:
7531
7532 @smallexample
7533        regexp = regexp "," oneof
7534               | oneof
7535
7536        oneof = oneof "|" allof
7537              | allof
7538
7539        allof = allof "+" repeat
7540              | repeat
7541
7542        repeat = element "*" number
7543               | element
7544
7545        element = cpu_function_unit_name
7546                | reservation_name
7547                | result_name
7548                | "nothing"
7549                | "(" regexp ")"
7550 @end smallexample
7551
7552 @itemize @bullet
7553 @item
7554 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7555 the reservation.
7556
7557 @item
7558 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7559 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7560 regular expression @strong{or} etc.
7561
7562 @item
7563 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7564 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7565 second regular expression @strong{and} etc.
7566
7567 @item
7568 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7569 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7570 advancing (see @samp{,}).
7571
7572 @item
7573 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7574 functional unit.
7575
7576 @item
7577 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7578 @samp{define_reservation}.
7579
7580 @item
7581 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7582 @end itemize
7583
7584 @findex define_reservation
7585 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7586 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7587 the common part by the following construction
7588
7589 @smallexample
7590 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7591 @end smallexample
7592
7593 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7594 Functional unit names and reservation names are in the same name
7595 space.  So the reservation names should be different from the
7596 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7597
7598 @findex define_bypass
7599 @cindex instruction latency time
7600 @cindex data bypass
7601 The following construction is used to describe exceptions in the
7602 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7603
7604 @smallexample
7605 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7606                [@var{guard}])
7607 @end smallexample
7608
7609 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7610 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7611 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7612 the string are separated by commas.
7613
7614 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7615 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7616 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7617 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7618 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7619 of insn @samp{store} (not a stored value).
7620
7621 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7622 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7623 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7624 bypass without the guard function is chosen.
7625
7626 @findex exclusion_set
7627 @findex presence_set
7628 @findex final_presence_set
7629 @findex absence_set
7630 @findex final_absence_set
7631 @cindex VLIW
7632 @cindex RISC
7633 The following five constructions are usually used to describe
7634 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7635 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7636 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7637
7638 @smallexample
7639 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7640 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7641 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7642 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7643 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7644 @end smallexample
7645
7646 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7647 separated by commas.
7648
7649 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7650 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7651 separated by white-spaces.
7652
7653 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7654 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7655 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7656 example, the construction is useful for describing processors
7657 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7658 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7659 point insns or only double floating point insns.
7660
7661 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7662 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7663 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7664 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7665 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7666 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7667 construction
7668
7669 @smallexample
7670 (presence_set "slot1" "slot0")
7671 @end smallexample
7672
7673 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7674 reservation.  In this case we could write
7675
7676 @smallexample
7677 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7678 @end smallexample
7679
7680 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7681 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7682 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7683 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7684 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7685 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7686 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7687 done on the result reservation.  This construction is useful to
7688 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7689 For example, if we use
7690
7691 @smallexample
7692 (presence_set "slot1" "slot0")
7693 @end smallexample
7694
7695 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7696 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7697
7698 @smallexample
7699 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7700 @end smallexample
7701
7702 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7703
7704 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7705 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7706 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7707 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7708 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7709 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7710 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7711 can be described as:
7712
7713 @smallexample
7714 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7715 @end smallexample
7716
7717 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7718 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7719 this case we could write
7720
7721 @smallexample
7722 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7723 @end smallexample
7724
7725 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7726 automaton.
7727
7728 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7729 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7730 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7731
7732 @findex automata_option
7733 @cindex deterministic finite state automaton
7734 @cindex nondeterministic finite state automaton
7735 @cindex finite state automaton minimization
7736 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7737 the following construction.
7738
7739 @smallexample
7740 (automata_option @var{options})
7741 @end smallexample
7742
7743 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7744 code.  Currently there are the following options:
7745
7746 @itemize @bullet
7747 @item
7748 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7749 only worth to do when we are debugging the description and need to
7750 look more accurately at reservations of states.
7751
7752 @item
7753 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7754 automata.
7755
7756 @item
7757 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7758 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7759
7760 @item
7761 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7762 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7763 verification and debugging.
7764
7765 @item
7766 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7767 non-critical errors.
7768
7769 @item
7770 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7771 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7772 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7773 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7774 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7775 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7776
7777 @item
7778 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7779 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7780 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7781 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7782 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7783 huge automaton.
7784 @end itemize
7785
7786 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7787 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7788 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7789 the following functional units.
7790
7791 @smallexample
7792 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7793 (define_cpu_unit "port0, port1")
7794 @end smallexample
7795
7796 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7797 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7798 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7799 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7800 multiplication insns can be executed only in the second integer
7801 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7802 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7803 integer division insn can not be issued until the current division
7804 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7805 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7806 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7807 incurred.  To describe all of this we could specify
7808
7809 @smallexample
7810 (define_cpu_unit "div")
7811
7812 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7813                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7814
7815 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7816                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7817
7818 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7819                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7820
7821 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7822                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7823
7824 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7825 @end smallexample
7826
7827 To simplify the description we could describe the following reservation
7828
7829 @smallexample
7830 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7831 @end smallexample
7832
7833 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7834 construction
7835
7836 @smallexample
7837 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7838                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7839 @end smallexample
7840
7841
7842 @end ifset
7843 @ifset INTERNALS
7844 @node Conditional Execution
7845 @section Conditional Execution
7846 @cindex conditional execution
7847 @cindex predication
7848
7849 A number of architectures provide for some form of conditional
7850 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7851 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7852 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7853 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7854 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7855
7856 @findex define_cond_exec
7857 @smallexample
7858 (define_cond_exec
7859   [@var{predicate-pattern}]
7860   "@var{condition}"
7861   "@var{output-template}")
7862 @end smallexample
7863
7864 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7865 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7866 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7867 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7868 alternative.
7869
7870 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7871 pattern to match.
7872
7873 @findex current_insn_predicate
7874 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7875 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7876 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7877 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7878 In order to handle the general case, there is a global variable
7879 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7880 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7881
7882 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7883 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7884 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7885 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7886 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7887 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7888 alternative or anything else.
7889
7890 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7891 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7892 generated that matches a predicated version of the instruction.
7893 For example,
7894
7895 @smallexample
7896 (define_insn "addsi"
7897   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7898         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7899                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7900   "@var{test1}"
7901   "add %2,%1,%0")
7902
7903 (define_cond_exec
7904   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7905        (const_int 0))]
7906   "@var{test2}"
7907   "(%0)")
7908 @end smallexample
7909
7910 @noindent
7911 generates a new pattern
7912
7913 @smallexample
7914 (define_insn ""
7915   [(cond_exec
7916      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7917      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7918           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7919                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7920   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7921   "(%3) add %2,%1,%0")
7922 @end smallexample
7923
7924 @end ifset
7925 @ifset INTERNALS
7926 @node Constant Definitions
7927 @section Constant Definitions
7928 @cindex constant definitions
7929 @findex define_constants
7930
7931 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7932 can be a maintenance problem.
7933
7934 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7935 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7936 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7937 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7938 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7939 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7940 a different value.
7941
7942 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7943
7944 @smallexample
7945 (define_insn ""
7946   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7947      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7948            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7949       (use (reg:SI 179))
7950       (clobber (reg:SI 179))])]
7951   ""
7952   "loadm 0,0,%1,%2")
7953 @end smallexample
7954
7955 You could write:
7956
7957 @smallexample
7958 (define_constants [
7959     (R_BP 177)
7960     (R_FC 178)
7961     (R_CR 179)
7962     (R_Q  180)
7963 ])
7964
7965 (define_insn ""
7966   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7967      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7968            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7969       (use (reg:SI R_CR))
7970       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7971   ""
7972   "loadm 0,0,%1,%2")
7973 @end smallexample
7974
7975 The constants that are defined with a define_constant are also output
7976 in the insn-codes.h header file as #defines.
7977
7978 @cindex enumerations
7979 @findex define_c_enum
7980 You can also use the machine description file to define enumerations.
7981 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
7982 are visible to both the machine description file and the main C code.
7983
7984 The syntax is as follows:
7985
7986 @smallexample
7987 (define_c_enum "@var{name}" [
7988   @var{value0}
7989   @var{value1}
7990   @dots{}
7991   @var{valuen}
7992 ])
7993 @end smallexample
7994
7995 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
7996 in @file{insn-constants.h}:
7997
7998 @smallexample
7999 enum @var{name} @{
8000   @var{value0} = 0,
8001   @var{value1} = 1,
8002   @dots{}
8003   @var{valuen} = @var{n}
8004 @};
8005 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
8006 @end smallexample
8007
8008 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
8009 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
8010 file, just as if it had been declared with:
8011
8012 @smallexample
8013 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
8014 @end smallexample
8015
8016 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
8017 begins with @var{cname}.
8018
8019 You can split the enumeration definition into as many statements as
8020 you like.  The above example is directly equivalent to:
8021
8022 @smallexample
8023 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8024 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8025 @dots{}
8026 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8027 @end smallexample
8028
8029 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8030 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8031 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8032 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8033 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8034
8035 Some enumeration names have special significance to GCC:
8036
8037 @table @code
8038 @item unspecv
8039 @findex unspec_volatile
8040 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8041 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8042
8043 @smallexample
8044 (define_c_enum "unspecv" [
8045   UNSPECV_BLOCKAGE
8046 ])
8047 @end smallexample
8048
8049 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8050
8051 @smallexample
8052 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8053 @end smallexample
8054
8055 @item unspec
8056 @findex unspec
8057 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8058 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8059 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8060 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8061 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8062 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8063 for both.
8064 @end table
8065
8066 @findex define_enum
8067 @anchor{define_enum}
8068 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8069
8070 @smallexample
8071 (define_enum "@var{name}" [
8072   @var{value0}
8073   @var{value1}
8074   @dots{}
8075   @var{valuen}
8076 ])
8077 @end smallexample
8078
8079 This directive implies:
8080
8081 @smallexample
8082 (define_c_enum "@var{name}" [
8083   @var{cname}_@var{cvalue0}
8084   @var{cname}_@var{cvalue1}
8085   @dots{}
8086   @var{cname}_@var{cvaluen}
8087 ])
8088 @end smallexample
8089
8090 @findex define_enum_attr
8091 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8092 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8093 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8094 (@pxref{define_enum_attr}).
8095 @end ifset
8096 @ifset INTERNALS
8097 @node Iterators
8098 @section Iterators
8099 @cindex iterators in @file{.md} files
8100
8101 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8102 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8103 facilities to make this process easier.
8104
8105 @menu
8106 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8107 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8108 @end menu
8109
8110 @node Mode Iterators
8111 @subsection Mode Iterators
8112 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8113
8114 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8115 For example:
8116
8117 @itemize @bullet
8118 @item
8119 If a processor has hardware support for both single and double
8120 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8121 very similar to the @code{DFmode} ones.
8122
8123 @item
8124 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8125 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8126 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8127 @end itemize
8128
8129 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8130 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8131 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8132 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8133
8134 @menu
8135 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8136 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8137 * Examples::                Examples
8138 @end menu
8139
8140 @node Defining Mode Iterators
8141 @subsubsection Defining Mode Iterators
8142 @findex define_mode_iterator
8143
8144 The syntax for defining a mode iterator is:
8145
8146 @smallexample
8147 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8148 @end smallexample
8149
8150 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8151 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8152 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8153 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8154 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8155 C condition will also require that @var{condi} be true.
8156
8157 For example:
8158
8159 @smallexample
8160 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8161 @end smallexample
8162
8163 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8164 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8165 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8166 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8167 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8168
8169 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8170 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8171 to @code{@var{mode}}.  For example:
8172
8173 @smallexample
8174 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8175 @end smallexample
8176
8177 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8178 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8179
8180 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8181 significant if two iterators are used in a construct that requires
8182 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8183
8184 @node Substitutions
8185 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8186 @findex define_mode_attr
8187
8188 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8189 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8190 example:
8191
8192 @itemize @bullet
8193 @item
8194 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8195 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8196 appropriate mode name for @var{m}.
8197
8198 @item
8199 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8200 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8201
8202 @item
8203 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8204 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8205 mode for the other operand(s).
8206 @end itemize
8207
8208 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8209 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8210 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8211 upper case.  You can define other attributes using:
8212
8213 @smallexample
8214 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8215 @end smallexample
8216
8217 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8218 is the value associated with @var{modei}.
8219
8220 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8221 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8222 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8223 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8224 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8225 value.
8226
8227 For example, suppose an @file{.md} file has:
8228
8229 @smallexample
8230 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8231 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8232 @end smallexample
8233
8234 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8235 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8236 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8237 @code{"ld\t%0,%1"}.
8238
8239 Here is an example of using an attribute for a mode:
8240
8241 @smallexample
8242 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8243 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8244 (define_insn @dots{}
8245   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8246 @end smallexample
8247
8248 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8249 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8250
8251 @node Examples
8252 @subsubsection Mode Iterator Examples
8253
8254 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8255 modes and attributes (among others):
8256
8257 @smallexample
8258 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8259 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8260 @end smallexample
8261
8262 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8263 and @code{subdi3}:
8264
8265 @smallexample
8266 (define_insn "sub<mode>3"
8267   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8268         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8269                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8270   ""
8271   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8272   [(set_attr "type" "arith")
8273    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8274 @end smallexample
8275
8276 This is exactly equivalent to:
8277
8278 @smallexample
8279 (define_insn "subsi3"
8280   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8281         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8282                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8283   ""
8284   "subu\t%0,%1,%2"
8285   [(set_attr "type" "arith")
8286    (set_attr "mode" "SI")])
8287
8288 (define_insn "subdi3"
8289   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8290         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8291                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8292   ""
8293   "dsubu\t%0,%1,%2"
8294   [(set_attr "type" "arith")
8295    (set_attr "mode" "DI")])
8296 @end smallexample
8297
8298 @node Code Iterators
8299 @subsection Code Iterators
8300 @cindex code iterators in @file{.md} files
8301 @findex define_code_iterator
8302 @findex define_code_attr
8303
8304 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8305
8306 The construct:
8307
8308 @smallexample
8309 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8310 @end smallexample
8311
8312 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8313 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8314 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8315
8316 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8317 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8318 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8319 @xref{Defining Mode Iterators}.
8320
8321 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8322 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8323 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8324 Other attributes are defined using:
8325
8326 @smallexample
8327 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8328 @end smallexample
8329
8330 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8331
8332 @smallexample
8333 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8334                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8335
8336 (define_expand "b<code>"
8337   [(set (pc)
8338         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8339                                    (const_int 0))
8340                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8341                       (pc)))]
8342   ""
8343 @{
8344   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8345   DONE;
8346 @})
8347 @end smallexample
8348
8349 This is equivalent to:
8350
8351 @smallexample
8352 (define_expand "bunordered"
8353   [(set (pc)
8354         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8355                                     (const_int 0))
8356                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8357                       (pc)))]
8358   ""
8359 @{
8360   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8361   DONE;
8362 @})
8363
8364 (define_expand "bordered"
8365   [(set (pc)
8366         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8367                                   (const_int 0))
8368                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8369                       (pc)))]
8370   ""
8371 @{
8372   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8373   DONE;
8374 @})
8375
8376 @dots{}
8377 @end smallexample
8378
8379 @end ifset