OSDN Git Service

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