OSDN Git Service

* doc/standards.texi (C++ language): Update for C++11.
[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, 2010, 2011
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
11
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
20
21 See the next chapter for information on the C header file.
22
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
53
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
56
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
58
59 @enumerate
60
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
67
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
71
72 @end enumerate
73
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
82
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
96
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
106
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
122
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
127
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
130
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
135
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
142
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
147
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
160
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
168
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
181
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
185
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
194 @{
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
200
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
203
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209 @{
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
213 @})
214 @end smallexample
215
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
222
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
226
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
236
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
240
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
246
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
256
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
264
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
275
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
281
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
296
297 When matching patterns, this is equivalent to
298
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
302
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
305
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
310
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
316
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
323
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
338
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350
351 @smallexample
352 int
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
356 @{
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
362 @}
363 @end smallexample
364
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
367
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
373
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
376
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
394
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
407
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
417
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
433
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
437
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
448
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
454
455 An insn that matches this pattern might look like:
456
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
469
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
474
475 @end table
476
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
481
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
490
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
493
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
498
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
502
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
505
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
511
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
514
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
519
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
538
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
549
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
559
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
564
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
570
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
576
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
584
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
595
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
609
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
612
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
621
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
628
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
636
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
651
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
667
668 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
673
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
682
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
691
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
700
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
713
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
720
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
726
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
732
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
737
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
747
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
753
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
760
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
764
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
770
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
774
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
778
779 @noindent
780 means exactly what
781
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
785
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
792
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
798
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
807
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
818
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
829
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
837
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
844
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
848
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
852
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
856
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
861
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
864
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
870
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
878
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
884
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
890
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
895
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
900
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
908
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
912
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
916
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
931
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
938
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
950
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
957
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
964
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
970
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
973
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
982
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
985
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
991 @{
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
995
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
998 @})
999 @end group
1000 @end smallexample
1001
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1014
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1018
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1024
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1033
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1038
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1046
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1059
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1072
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1081
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1085
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1089
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1096
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1104
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1113
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1122
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1127
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1132
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1145
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1151
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1157
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1164
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1171
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1180
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1186
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1191
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1197
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1202
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1207
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1216
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1221
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1233
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1240
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1247
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1262
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1266
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1272
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1281
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1289
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1295
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1304
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1311
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1313
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1322
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1325
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1334
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1338
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1345
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1354
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1359
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1365
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1374
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1379
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1382
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1388
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1395
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1402
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1408
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1417
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1422
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1432
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1436
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1442
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1450
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1458
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1466
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1474
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1483
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1491
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1500
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1506
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1517
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1521
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1526
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1529
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1535
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1539
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1545
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1548
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1557
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1562
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1568
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1570
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1582
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1598
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1604
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1610
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1620
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1630
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1635
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1644
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1654
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1660
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1663
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1667
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1671
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1676
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1679
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1682
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1685
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1688
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1692
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1695
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1698
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1701
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1704
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1708
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1713
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1716
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1719
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1722
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1725
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1728
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1731
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1734
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1737
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1740
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1743
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1746
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1749
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1752
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1755
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1758
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1761
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1764
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1767
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1770
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1773
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1776
1777 @item C04
1778 Constant integer 4
1779 @end table
1780
1781 @item Epiphany---@file{config/epiphany/constraints.md}
1782 @table @code
1783 @item U16
1784 An unsigned 16-bit constant.
1785
1786 @item K
1787 An unsigned 5-bit constant.
1788
1789 @item L
1790 A signed 11-bit constant.
1791
1792 @item Cm1
1793 A signed 11-bit constant added to @minus{}1.
1794 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1795
1796 @item Cl1
1797 Left-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a block of leading ones, the rest
1798 being a block of trailing zeroes.
1799 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1800
1801 @item Cr1
1802 Right-shift of @minus{}1, i.e., a bit mask with a trailing block of ones, the
1803 rest being zeroes.  Or to put it another way, one less than a power of two.
1804 Can only match when the @option{-m1reg-@var{reg}} option is active.
1805
1806 @item Cal
1807 Constant for arithmetic/logical operations.
1808 This is like @code{i}, except that for position independent code,
1809 no symbols / expressions needing relocations are allowed.
1810
1811 @item Csy
1812 Symbolic constant for call/jump instruction.
1813
1814 @item Rcs
1815 The register class usable in short insns.  This is a register class
1816 constraint, and can thus drive register allocation.
1817 This constraint won't match unless @option{-mprefer-short-insn-regs} is
1818 in effect.
1819
1820 @item Rsc
1821 The the register class of registers that can be used to hold a
1822 sibcall call address.  I.e., a caller-saved register.
1823
1824 @item Rct
1825 Core control register class.
1826
1827 @item Rgs
1828 The register group usable in short insns.
1829 This constraint does not use a register class, so that it only
1830 passively matches suitable registers, and doesn't drive register allocation.
1831
1832 @ifset INTERNALS
1833 @item Car
1834 Constant suitable for the addsi3_r pattern.  This is a valid offset
1835 For byte, halfword, or word addressing.
1836 @end ifset
1837
1838 @item Rra
1839 Matches the return address if it can be replaced with the link register.
1840
1841 @item Rcc
1842 Matches the integer condition code register.
1843
1844 @item Sra
1845 Matches the return address if it is in a stack slot.
1846
1847 @item Cfm
1848 Matches control register values to switch fp mode, which are encapsulated in
1849 @code{UNSPEC_FP_MODE}.
1850 @end table
1851
1852 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1853 @table @code
1854 @item a
1855 General register 1
1856
1857 @item f
1858 Floating point register
1859
1860 @item q
1861 Shift amount register
1862
1863 @item x
1864 Floating point register (deprecated)
1865
1866 @item y
1867 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1868
1869 @item Z
1870 Any register
1871
1872 @item I
1873 Signed 11-bit integer constant
1874
1875 @item J
1876 Signed 14-bit integer constant
1877
1878 @item K
1879 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1880
1881 @item L
1882 Signed 5-bit integer constant
1883
1884 @item M
1885 Integer constant 0
1886
1887 @item N
1888 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1889
1890 @item O
1891 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1892
1893 @item P
1894 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1895 and @code{extru} instructions
1896
1897 @item S
1898 Integer constant 31
1899
1900 @item U
1901 Integer constant 63
1902
1903 @item G
1904 Floating-point constant 0.0
1905
1906 @item A
1907 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1908
1909 @item Q
1910 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1911 integer store instruction
1912
1913 @item R
1914 A scaled or unscaled indexed memory operand
1915
1916 @item T
1917 A memory operand for floating-point loads and stores
1918
1919 @item W
1920 A register indirect memory operand
1921 @end table
1922
1923 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1924 @table @code
1925 @item k
1926 Stack register.
1927
1928 @item f
1929 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1930 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1931 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1932 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1933 size.
1934
1935 @item t
1936 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1937 register to create a 32-bit register.
1938
1939 @item a
1940 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1941 constant + offset).
1942
1943 @item I
1944 4-bit signed integer.
1945
1946 @item J
1947 4-bit unsigned integer.
1948
1949 @item K
1950 8-bit signed integer.
1951
1952 @item M
1953 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1954
1955 @item N
1956 10-bit signed integer
1957
1958 @item O
1959 16-bit signed integer.
1960
1961 @end table
1962
1963 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1964 @table @code
1965 @item b
1966 Address base register
1967
1968 @item d
1969 Floating point register (containing 64-bit value)
1970
1971 @item f
1972 Floating point register (containing 32-bit value)
1973
1974 @item v
1975 Altivec vector register
1976
1977 @item wd
1978 VSX vector register to hold vector double data
1979
1980 @item wf
1981 VSX vector register to hold vector float data
1982
1983 @item ws
1984 VSX vector register to hold scalar float data
1985
1986 @item wa
1987 Any VSX register
1988
1989 @item h
1990 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1991
1992 @item q
1993 @samp{MQ} register
1994
1995 @item c
1996 @samp{CTR} register
1997
1998 @item l
1999 @samp{LINK} register
2000
2001 @item x
2002 @samp{CR} register (condition register) number 0
2003
2004 @item y
2005 @samp{CR} register (condition register)
2006
2007 @item z
2008 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
2009
2010 @item I
2011 Signed 16-bit constant
2012
2013 @item J
2014 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
2015 @code{SImode} constants)
2016
2017 @item K
2018 Unsigned 16-bit constant
2019
2020 @item L
2021 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
2022
2023 @item M
2024 Constant larger than 31
2025
2026 @item N
2027 Exact power of 2
2028
2029 @item O
2030 Zero
2031
2032 @item P
2033 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
2034
2035 @item G
2036 Floating point constant that can be loaded into a register with one
2037 instruction per word
2038
2039 @item H
2040 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
2041 three instructions
2042
2043 @item m
2044 Memory operand.
2045 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
2046 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
2047 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
2048 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
2049 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
2050 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
2051 corresponding load or store instruction.  For example:
2052
2053 @smallexample
2054 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2055 @end smallexample
2056
2057 is correct but:
2058
2059 @smallexample
2060 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
2061 @end smallexample
2062
2063 is not.
2064
2065 @item es
2066 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
2067 automodification of the base register.  This used to be useful when
2068 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
2069 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
2070 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2071
2072 @item Q
2073 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2074 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2075
2076 @item Z
2077 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2078 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2079
2080 @item R
2081 AIX TOC entry
2082
2083 @item a
2084 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2085 preferable for @code{asm} statements)
2086
2087 @item S
2088 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2089
2090 @item T
2091 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2092
2093 @item U
2094 System V Release 4 small data area reference
2095
2096 @item t
2097 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2098
2099 @item W
2100 Vector constant that does not require memory
2101
2102 @item j
2103 Vector constant that is all zeros.
2104
2105 @end table
2106
2107 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2108 @table @code
2109 @item R
2110 Legacy register---the eight integer registers available on all
2111 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2112 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2113
2114 @item q
2115 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2116 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2117
2118 @item Q
2119 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2120 @code{c}, and @code{d}.
2121
2122 @ifset INTERNALS
2123 @item l
2124 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2125 access: that is, any general register except the stack pointer.
2126 @end ifset
2127
2128 @item a
2129 The @code{a} register.
2130
2131 @item b
2132 The @code{b} register.
2133
2134 @item c
2135 The @code{c} register.
2136
2137 @item d
2138 The @code{d} register.
2139
2140 @item S
2141 The @code{si} register.
2142
2143 @item D
2144 The @code{di} register.
2145
2146 @item A
2147 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2148 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2149 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2150 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2151
2152 @smallexample
2153 unsigned long long rdtsc (void)
2154 @{
2155   unsigned long long tick;
2156   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2157   return tick;
2158 @}
2159 @end smallexample
2160
2161 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2162 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2163
2164 @smallexample
2165 unsigned long long rdtsc (void)
2166 @{
2167   unsigned int tickl, tickh;
2168   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2169   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2170 @}
2171 @end smallexample
2172
2173
2174 @item f
2175 Any 80387 floating-point (stack) register.
2176
2177 @item t
2178 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2179
2180 @item u
2181 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2182
2183 @item y
2184 Any MMX register.
2185
2186 @item x
2187 Any SSE register.
2188
2189 @item Yz
2190 First SSE register (@code{%xmm0}).
2191
2192 @ifset INTERNALS
2193 @item Y2
2194 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2195
2196 @item Yi
2197 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2198
2199 @item Ym
2200 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2201 @end ifset
2202
2203 @item I
2204 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2205
2206 @item J
2207 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2208
2209 @item K
2210 Signed 8-bit integer constant.
2211
2212 @item L
2213 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2214
2215 @item M
2216 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2217
2218 @item N
2219 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2220 instructions).
2221
2222 @ifset INTERNALS
2223 @item O
2224 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2225 @end ifset
2226
2227 @item G
2228 Standard 80387 floating point constant.
2229
2230 @item C
2231 Standard SSE floating point constant.
2232
2233 @item e
2234 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2235 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2236 instructions).
2237
2238 @item Z
2239 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2240 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2241 instructions).
2242
2243 @end table
2244
2245 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2246 @table @code
2247 @item a
2248 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2249
2250 @item b
2251 Branch register
2252
2253 @item c
2254 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2255
2256 @item d
2257 Application register residing in M-unit
2258
2259 @item e
2260 Application register residing in I-unit
2261
2262 @item f
2263 Floating-point register
2264
2265 @item m
2266 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2267 the operand can have postincrement and postdecrement which
2268 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2269
2270 @item G
2271 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2272
2273 @item I
2274 14-bit signed integer constant
2275
2276 @item J
2277 22-bit signed integer constant
2278
2279 @item K
2280 8-bit signed integer constant for logical instructions
2281
2282 @item L
2283 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2284
2285 @item M
2286 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2287
2288 @item N
2289 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2290
2291 @item O
2292 The constant zero
2293
2294 @item P
2295 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2296
2297 @item Q
2298 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2299
2300 @item R
2301 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2302
2303 @item S
2304 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2305 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2306 or @samp{>}.
2307 @end table
2308
2309 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2310 @table @code
2311 @item a
2312 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2313
2314 @item b
2315 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2316
2317 @item c
2318 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2319 @code{icc0} to @code{icc3}).
2320
2321 @item d
2322 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2323
2324 @item e
2325 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2326 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2327 mode larger than 4 bytes.
2328
2329 @item f
2330 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2331
2332 @item h
2333 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2334 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2335 mode larger than 4 bytes.
2336
2337 @item l
2338 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2339
2340 @item q
2341 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2342 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2343 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2344
2345 @item t
2346 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2347
2348 @item u
2349 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2350
2351 @item v
2352 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2353
2354 @item w
2355 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2356
2357 @item x
2358 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2359 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2360 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2361
2362 @item z
2363 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2364
2365 @item A
2366 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2367
2368 @item B
2369 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2370
2371 @item C
2372 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2373
2374 @item G
2375 Floating point constant zero
2376
2377 @item I
2378 6-bit signed integer constant
2379
2380 @item J
2381 10-bit signed integer constant
2382
2383 @item L
2384 16-bit signed integer constant
2385
2386 @item M
2387 16-bit unsigned integer constant
2388
2389 @item N
2390 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2391 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2392
2393 @item O
2394 Constant zero
2395
2396 @item P
2397 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2398 range of 1 to 2047.
2399
2400 @end table
2401
2402 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2403 @table @code
2404 @item a
2405 P register
2406
2407 @item d
2408 D register
2409
2410 @item z
2411 A call clobbered P register.
2412
2413 @item q@var{n}
2414 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2415 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2416
2417 @item D
2418 Even-numbered D register
2419
2420 @item W
2421 Odd-numbered D register
2422
2423 @item e
2424 Accumulator register.
2425
2426 @item A
2427 Even-numbered accumulator register.
2428
2429 @item B
2430 Odd-numbered accumulator register.
2431
2432 @item b
2433 I register
2434
2435 @item v
2436 B register
2437
2438 @item f
2439 M register
2440
2441 @item c
2442 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2443
2444 @item C
2445 The CC register.
2446
2447 @item t
2448 LT0 or LT1.
2449
2450 @item k
2451 LC0 or LC1.
2452
2453 @item u
2454 LB0 or LB1.
2455
2456 @item x
2457 Any D, P, B, M, I or L register.
2458
2459 @item y
2460 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2461 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2462
2463 @item w
2464 Any register except accumulators or CC.
2465
2466 @item Ksh
2467 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2468
2469 @item Kuh
2470 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2471
2472 @item Ks7
2473 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2474
2475 @item Ku7
2476 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2477
2478 @item Ku5
2479 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2480
2481 @item Ks4
2482 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2483
2484 @item Ks3
2485 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2486
2487 @item Ku3
2488 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2489
2490 @item P@var{n}
2491 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2492
2493 @item PA
2494 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2495 use with either accumulator.
2496
2497 @item PB
2498 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2499 use only with accumulator A1.
2500
2501 @item M1
2502 Constant 255.
2503
2504 @item M2
2505 Constant 65535.
2506
2507 @item J
2508 An integer constant with exactly a single bit set.
2509
2510 @item L
2511 An integer constant with all bits set except exactly one.
2512
2513 @item H
2514
2515 @item Q
2516 Any SYMBOL_REF.
2517 @end table
2518
2519 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2520 @table @code
2521 @item Rsp
2522 @itemx Rfb
2523 @itemx Rsb
2524 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2525
2526 @item Rcr
2527 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2528 registers are 24 bits wide)
2529
2530 @item Rcl
2531 Any control register, when they're 24 bits wide.
2532
2533 @item R0w
2534 @itemx R1w
2535 @itemx R2w
2536 @itemx R3w
2537 $r0, $r1, $r2, $r3.
2538
2539 @item R02
2540 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2541
2542 @item R13
2543 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2544
2545 @item Rdi
2546 A register that can hold a 64 bit value.
2547
2548 @item Rhl
2549 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2550
2551 @item R23
2552 $r2 or $r3
2553
2554 @item Raa
2555 Address registers
2556
2557 @item Raw
2558 Address registers when they're 16 bits wide.
2559
2560 @item Ral
2561 Address registers when they're 24 bits wide.
2562
2563 @item Rqi
2564 Registers that can hold QI values.
2565
2566 @item Rad
2567 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2568
2569 @item Rsi
2570 Registers that can hold 32 bit values.
2571
2572 @item Rhi
2573 Registers that can hold 16 bit values.
2574
2575 @item Rhc
2576 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2577 registers.
2578
2579 @item Rra
2580 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2581
2582 @item Rfl
2583 The flags register.
2584
2585 @item Rmm
2586 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2587
2588 @item Rpi
2589 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2590 bit registers for m32cm, m32c).
2591
2592 @item Rpa
2593 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2594 Used to match function return values.
2595
2596 @item Is3
2597 @minus{}8 @dots{} 7
2598
2599 @item IS1
2600 @minus{}128 @dots{} 127
2601
2602 @item IS2
2603 @minus{}32768 @dots{} 32767
2604
2605 @item IU2
2606 0 @dots{} 65535
2607
2608 @item In4
2609 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2610
2611 @item In5
2612 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2613
2614 @item In6
2615 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2616
2617 @item IM2
2618 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2619
2620 @item Ilb
2621 An 8 bit value with exactly one bit set.
2622
2623 @item Ilw
2624 A 16 bit value with exactly one bit set.
2625
2626 @item Sd
2627 The common src/dest memory addressing modes.
2628
2629 @item Sa
2630 Memory addressed using $a0 or $a1.
2631
2632 @item Si
2633 Memory addressed with immediate addresses.
2634
2635 @item Ss
2636 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2637
2638 @item Sf
2639 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2640
2641 @item Ss
2642 Memory addressed using the small base register ($sb).
2643
2644 @item S1
2645 $r1h
2646 @end table
2647
2648 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2649 @table @code
2650
2651 @item a
2652 The $sp register.
2653
2654 @item b
2655 The $tp register.
2656
2657 @item c
2658 Any control register.
2659
2660 @item d
2661 Either the $hi or the $lo register.
2662
2663 @item em
2664 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2665
2666 @item ex
2667 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2668
2669 @item er
2670 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2671
2672 @item h
2673 The $hi register.
2674
2675 @item j
2676 The $rpc register.
2677
2678 @item l
2679 The $lo register.
2680
2681 @item t
2682 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2683
2684 @item v
2685 The $gp register.
2686
2687 @item x
2688 The coprocessor registers.
2689
2690 @item y
2691 The coprocessor control registers.
2692
2693 @item z
2694 The $0 register.
2695
2696 @item A
2697 User-defined register set A.
2698
2699 @item B
2700 User-defined register set B.
2701
2702 @item C
2703 User-defined register set C.
2704
2705 @item D
2706 User-defined register set D.
2707
2708 @item I
2709 Offsets for $gp-rel addressing.
2710
2711 @item J
2712 Constants that can be used directly with boolean insns.
2713
2714 @item K
2715 Constants that can be moved directly to registers.
2716
2717 @item L
2718 Small constants that can be added to registers.
2719
2720 @item M
2721 Long shift counts.
2722
2723 @item N
2724 Small constants that can be compared to registers.
2725
2726 @item O
2727 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2728
2729 @item S
2730 Signed 8-bit immediates.
2731
2732 @item T
2733 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2734
2735 @item U
2736 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2737
2738 @item W
2739 The top half of a symbol's value.
2740
2741 @item Y
2742 A register indirect address without offset.
2743
2744 @item Z
2745 Symbolic references to the control bus.
2746
2747 @end table
2748
2749 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2750 @table @code
2751 @item d
2752 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2753
2754 @item z
2755 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2756
2757 @end table
2758
2759 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2760 @table @code
2761 @item d
2762 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2763 generating MIPS16 code.
2764
2765 @item f
2766 A floating-point register (if available).
2767
2768 @item h
2769 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2770
2771 @item l
2772 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2773 no bigger than a word.
2774
2775 @item x
2776 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2777 to store doubleword values.
2778
2779 @item c
2780 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2781 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2782
2783 @item v
2784 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2785 it is retained only for compatibility with glibc.
2786
2787 @item y
2788 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2789
2790 @item z
2791 A floating-point condition code register.
2792
2793 @item I
2794 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2795
2796 @item J
2797 Integer zero.
2798
2799 @item K
2800 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2801
2802 @item L
2803 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2804 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2805
2806 @item M
2807 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2808 or @code{ori}.
2809
2810 @item N
2811 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2812
2813 @item O
2814 A signed 15-bit constant.
2815
2816 @item P
2817 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2818
2819 @item G
2820 Floating-point zero.
2821
2822 @item R
2823 An address that can be used in a non-macro load or store.
2824 @end table
2825
2826 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2827 @table @code
2828 @item a
2829 Address register
2830
2831 @item d
2832 Data register
2833
2834 @item f
2835 68881 floating-point register, if available
2836
2837 @item I
2838 Integer in the range 1 to 8
2839
2840 @item J
2841 16-bit signed number
2842
2843 @item K
2844 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2845
2846 @item L
2847 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2848
2849 @item M
2850 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2851
2852 @item N
2853 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2854
2855 @item O
2856 16 (for rotate using swap)
2857
2858 @item P
2859 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2860
2861 @item R
2862 Numbers that mov3q can handle
2863
2864 @item G
2865 Floating point constant that is not a 68881 constant
2866
2867 @item S
2868 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2869
2870 @item T
2871 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2872
2873 @item Q
2874 Address register indirect addressing mode
2875
2876 @item U
2877 Register offset addressing
2878
2879 @item W
2880 const_call_operand
2881
2882 @item Cs
2883 symbol_ref or const
2884
2885 @item Ci
2886 const_int
2887
2888 @item C0
2889 const_int 0
2890
2891 @item Cj
2892 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2893
2894 @item Cmvq
2895 Integers valid for mvq
2896
2897 @item Capsw
2898 Integers valid for a moveq followed by a swap
2899
2900 @item Cmvz
2901 Integers valid for mvz
2902
2903 @item Cmvs
2904 Integers valid for mvs
2905
2906 @item Ap
2907 push_operand
2908
2909 @item Ac
2910 Non-register operands allowed in clr
2911
2912 @end table
2913
2914 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2915 @table @code
2916 @item A
2917 An absolute address
2918
2919 @item B
2920 An offset address
2921
2922 @item W
2923 A register indirect memory operand
2924
2925 @item I
2926 A constant in the range of 0 to 255.
2927
2928 @item N
2929 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2930
2931 @end table
2932
2933 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2934 @table @code
2935 @item a
2936 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2937 memory with a single instruction.
2938
2939 @item d
2940 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2941 16-bit multiply operations.
2942
2943 @item f
2944 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2945
2946 @item G
2947 Floating point constant 0.
2948
2949 @item I
2950 An integer constant that fits in 16 bits.
2951
2952 @item J
2953 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2954
2955 @item K
2956 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2957 @samp{I} or @samp{J}.
2958
2959 @item L
2960 The integer constant 1.
2961
2962 @item M
2963 The integer constant @minus{}1.
2964
2965 @item N
2966 The integer constant 0.
2967
2968 @item O
2969 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2970 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2971 variable-length shift.
2972
2973 @item Q
2974 A memory reference which requires an additional word (address or
2975 offset) after the opcode.
2976
2977 @item R
2978 A memory reference that is encoded within the opcode.
2979
2980 @end table
2981
2982 @item RL78---@file{config/rl78/constraints.md}
2983 @table @code
2984
2985 @item Int3
2986 An integer constant in the range 1 @dots{} 7.
2987 @item Int8
2988 An integer constant in the range 0 @dots{} 255.
2989 @item J
2990 An integer constant in the range @minus{}255 @dots{} 0
2991 @item K
2992 The integer constant 1.
2993 @item L
2994 The integer constant -1.
2995 @item M
2996 The integer constant 0.
2997 @item N
2998 The integer constant 2.
2999 @item O
3000 The integer constant -2.
3001 @item P
3002 An integer constant in the range 1 @dots{} 15.
3003 @item Qbi
3004 The built-in compare types--eq, ne, gtu, ltu, geu, and leu.
3005 @item Qsc
3006 The synthetic compare types--gt, lt, ge, and le.
3007 @item Wab
3008 A memory reference with an absolute address.
3009 @item Wbc
3010 A memory reference using @code{BC} as a base register, with an optional offset.
3011 @item Wca
3012 A memory reference using @code{AX}, @code{BC}, @code{DE}, or @code{HL} for the address, for calls.
3013 @item Wcv
3014 A memory reference using any 16-bit register pair for the address, for calls.
3015 @item Wd2
3016 A memory reference using @code{DE} as a base register, with an optional offset.
3017 @item Wde
3018 A memory reference using @code{DE} as a base register, without any offset.
3019 @item Wfr
3020 Any memory reference to an address in the far address space.
3021 @item Wh1
3022 A memory reference using @code{HL} as a base register, with an optional one-byte offset.
3023 @item Whb
3024 A memory reference using @code{HL} as a base register, with @code{B} or @code{C} as the index register.
3025 @item Whl
3026 A memory reference using @code{HL} as a base register, without any offset.
3027 @item Ws1
3028 A memory reference using @code{SP} as a base register, with an optional one-byte offset.
3029 @item Y
3030 Any memory reference to an address in the near address space.
3031 @item A
3032 The @code{AX} register.
3033 @item B
3034 The @code{BC} register.
3035 @item D
3036 The @code{DE} register.
3037 @item R
3038 @code{A} through @code{L} registers.
3039 @item S
3040 The @code{SP} register.
3041 @item T
3042 The @code{HL} register.
3043 @item Z08W
3044 The 16-bit @code{R8} register.
3045 @item Z10W
3046 The 16-bit @code{R10} register.
3047 @item Zint
3048 The registers reserved for interrupts (@code{R24} to @code{R31}).
3049 @item a
3050 The @code{A} register.
3051 @item b
3052 The @code{B} register.
3053 @item c
3054 The @code{C} register.
3055 @item d
3056 The @code{D} register.
3057 @item e
3058 The @code{E} register.
3059 @item h
3060 The @code{H} register.
3061 @item l
3062 The @code{L} register.
3063 @item v
3064 The virtual registers.
3065 @item w
3066 The @code{PSW} register.
3067 @item x
3068 The @code{X} register.
3069
3070 @end table
3071
3072 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
3073 @table @code
3074 @item Q
3075 An address which does not involve register indirect addressing or
3076 pre/post increment/decrement addressing.
3077
3078 @item Symbol
3079 A symbol reference.
3080
3081 @item Int08
3082 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
3083
3084 @item Sint08
3085 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
3086
3087 @item Sint16
3088 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
3089
3090 @item Sint24
3091 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
3092
3093 @item Uint04
3094 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
3095
3096 @end table
3097
3098 @need 1000
3099 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
3100 @table @code
3101 @item f
3102 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
3103 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
3104
3105 @item e
3106 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
3107 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
3108 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
3109
3110 @item c
3111 Floating-point condition code register.
3112
3113 @item d
3114 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
3115 architecture when the Visual Instruction Set is available.
3116
3117 @item b
3118 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
3119 when the Visual Instruction Set is available.
3120
3121 @item h
3122 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
3123
3124 @item D
3125 A vector constant
3126
3127 @item I
3128 Signed 13-bit constant
3129
3130 @item J
3131 Zero
3132
3133 @item K
3134 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
3135 loaded with the @code{sethi} instruction)
3136
3137 @item L
3138 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
3139
3140 @item M
3141 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
3142
3143 @item N
3144 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
3145 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
3146 modes wider than @code{SImode}
3147
3148 @item O
3149 The constant 4096
3150
3151 @item G
3152 Floating-point zero
3153
3154 @item H
3155 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
3156
3157 @item Q
3158 Floating-point constant whose integral representation can
3159 be moved into an integer register using a single sethi
3160 instruction
3161
3162 @item R
3163 Floating-point constant whose integral representation can
3164 be moved into an integer register using a single mov
3165 instruction
3166
3167 @item S
3168 Floating-point constant whose integral representation can
3169 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3170 instruction sequence
3171
3172 @item T
3173 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3174
3175 @item U
3176 Even register
3177
3178 @item W
3179 Memory address for @samp{e} constraint registers
3180
3181 @item Y
3182 Vector zero
3183
3184 @end table
3185
3186 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3187 @table @code
3188 @item a
3189 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3190
3191 @item c
3192 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3193
3194 @item d
3195 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3196
3197 @item f
3198 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3199
3200 @item A
3201 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3202
3203 @item B
3204 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3205
3206 @item C
3207 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3208
3209 @item D
3210 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3211
3212 @item I
3213 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3214
3215 @item J
3216 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3217
3218 @item K
3219 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3220
3221 @item M
3222 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3223
3224 @item N
3225 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3226
3227 @item O
3228 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3229
3230 @item P
3231 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3232
3233 @item R
3234 Call operand, reg, for indirect calls
3235
3236 @item S
3237 Call operand, symbol, for relative calls.
3238
3239 @item T
3240 Call operand, const_int, for absolute calls.
3241
3242 @item U
3243 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3244
3245 @item W
3246 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3247
3248 @item Y
3249 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3250
3251 @item Z
3252 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3253
3254 @end table
3255
3256 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3257 @table @code
3258 @item a
3259 Address register (general purpose register except r0)
3260
3261 @item c
3262 Condition code register
3263
3264 @item d
3265 Data register (arbitrary general purpose register)
3266
3267 @item f
3268 Floating-point register
3269
3270 @item I
3271 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3272
3273 @item J
3274 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3275
3276 @item K
3277 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3278
3279 @item L
3280 Value appropriate as displacement.
3281 @table @code
3282 @item (0..4095)
3283 for short displacement
3284 @item (@minus{}524288..524287)
3285 for long displacement
3286 @end table
3287
3288 @item M
3289 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3290
3291 @item N
3292 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3293 @table @code
3294 @item 0..9:
3295 number of the part counting from most to least significant
3296 @item H,Q:
3297 mode of the part
3298 @item D,S,H:
3299 mode of the containing operand
3300 @item 0,F:
3301 value of the other parts (F---all bits set)
3302 @end table
3303 The constraint matches if the specified part of a constant
3304 has a value different from its other parts.
3305
3306 @item Q
3307 Memory reference without index register and with short displacement.
3308
3309 @item R
3310 Memory reference with index register and short displacement.
3311
3312 @item S
3313 Memory reference without index register but with long displacement.
3314
3315 @item T
3316 Memory reference with index register and long displacement.
3317
3318 @item U
3319 Pointer with short displacement.
3320
3321 @item W
3322 Pointer with long displacement.
3323
3324 @item Y
3325 Shift count operand.
3326
3327 @end table
3328
3329 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3330 @table @code
3331 @item d
3332 Registers from r0 to r32.
3333
3334 @item e
3335 Registers from r0 to r16.
3336
3337 @item t
3338 r8---r11 or r22---r27 registers.
3339
3340 @item h
3341 hi register.
3342
3343 @item l
3344 lo register.
3345
3346 @item x
3347 hi + lo register.
3348
3349 @item q
3350 cnt register.
3351
3352 @item y
3353 lcb register.
3354
3355 @item z
3356 scb register.
3357
3358 @item a
3359 cnt + lcb + scb register.
3360
3361 @item c
3362 cr0---cr15 register.
3363
3364 @item b
3365 cp1 registers.
3366
3367 @item f
3368 cp2 registers.
3369
3370 @item i
3371 cp3 registers.
3372
3373 @item j
3374 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3375
3376 @item I
3377 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3378
3379 @item J
3380 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3381
3382 @item K
3383 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3384
3385 @item L
3386 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3387
3388 @item M
3389 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3390
3391 @item N
3392 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3393
3394 @item Z
3395 Any SYMBOL_REF.
3396 @end table
3397
3398 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3399 @table @code
3400 @item a
3401 Register r0.
3402
3403 @item b
3404 Register r1.
3405
3406 @item c
3407 Register r2.
3408
3409 @item d
3410 Register r8.
3411
3412 @item e
3413 Registers r0 through r7.
3414
3415 @item t
3416 Registers r0 and r1.
3417
3418 @item y
3419 The carry register.
3420
3421 @item z
3422 Registers r8 and r9.
3423
3424 @item I
3425 A constant between 0 and 3 inclusive.
3426
3427 @item J
3428 A constant that has exactly one bit set.
3429
3430 @item K
3431 A constant that has exactly one bit clear.
3432
3433 @item L
3434 A constant between 0 and 255 inclusive.
3435
3436 @item M
3437 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3438
3439 @item N
3440 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3441
3442 @item O
3443 A constant between 1 and 4 inclusive.
3444
3445 @item P
3446 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3447
3448 @item Q
3449 A memory reference that is a stack push.
3450
3451 @item R
3452 A memory reference that is a stack pop.
3453
3454 @item S
3455 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3456
3457 @item T
3458 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3459
3460 @item U
3461 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3462
3463 @item Z
3464 The constant 0.
3465
3466 @end table
3467
3468 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3469 @table @code
3470 @item a
3471 Register file A (A0--A31).
3472
3473 @item b
3474 Register file B (B0--B31).
3475
3476 @item A
3477 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3478 higher, A1 and A2 otherwise).
3479
3480 @item B
3481 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3482
3483 @item C
3484 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3485
3486 @item Da
3487 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3488 plus A0 if not C64X or higher).
3489
3490 @item Db
3491 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3492
3493 @item Iu4
3494 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3495
3496 @item Iu5
3497 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3498
3499 @item In5
3500 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3501
3502 @item Is5
3503 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3504
3505 @item I5x
3506 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3507
3508 @item IuB
3509 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3510
3511 @item IsB
3512 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3513
3514 @item IsC
3515 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3516
3517 @item Jc
3518 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3519
3520 @item Js
3521 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3522
3523 @item Q
3524 Memory location with A base register.
3525
3526 @item R
3527 Memory location with B base register.
3528
3529 @ifset INTERNALS
3530 @item S0
3531 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3532
3533 @item S1
3534 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3535
3536 @item Si
3537 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3538
3539 @item T
3540 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3541
3542 @item W
3543 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3544
3545 @end ifset
3546 @item Z
3547 Register B14 (aka DP).
3548
3549 @end table
3550
3551 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3552 @table @code
3553 @item a
3554 General-purpose 32-bit register
3555
3556 @item b
3557 One-bit boolean register
3558
3559 @item A
3560 MAC16 40-bit accumulator register
3561
3562 @item I
3563 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3564
3565 @item J
3566 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3567
3568 @item K
3569 Integer constant valid for BccI instructions
3570
3571 @item L
3572 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3573
3574 @end table
3575
3576 @end table
3577
3578 @ifset INTERNALS
3579 @node Disable Insn Alternatives
3580 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3581 @cindex enabled
3582
3583 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3584 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3585 new instructions to an existing pattern which are only available for
3586 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3587 option.
3588
3589 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3590 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3591 unsatisfiable.
3592
3593 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3594 in the machine description files:
3595
3596 @enumerate
3597 @item
3598 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3599 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3600 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3601 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3602 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3603 @code{(const_int 0)} otherwise.
3604 @item
3605 A definition of another insn attribute used to describe for what
3606 reason an insn alternative might be available or
3607 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3608 @item
3609 An assignment for the second attribute to each insn definition
3610 combining instructions which are not all available under the same
3611 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3612 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3613 disabled or enabled using the insn condition.)
3614 @end enumerate
3615
3616 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3617 attribute:
3618
3619 @smallexample
3620
3621 (define_insn "*movdi_old"
3622   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3623         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3624   "!TARGET_NEW"
3625   "lgr %0,%1")
3626
3627 (define_insn "*movdi_new"
3628   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3629         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3630   "TARGET_NEW"
3631   "@@
3632    lgr  %0,%1
3633    ldgr %0,%1
3634    lgdr %0,%1")
3635
3636 @end smallexample
3637
3638 to:
3639
3640 @smallexample
3641
3642 (define_insn "*movdi_combined"
3643   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3644         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3645   ""
3646   "@@
3647    lgr  %0,%1
3648    ldgr %0,%1
3649    lgdr %0,%1"
3650   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3651
3652 @end smallexample
3653
3654 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3655
3656 @smallexample
3657
3658 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3659
3660 (define_attr "enabled" ""
3661   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3662          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3663               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3664          (const_int 1)]
3665         (const_int 0)))
3666
3667 @end smallexample
3668
3669 @end ifset
3670
3671 @ifset INTERNALS
3672 @node Define Constraints
3673 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3674 @cindex defining constraints
3675 @cindex constraints, defining
3676
3677 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3678 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3679 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3680 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3681
3682 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3683 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3684 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3685 must begin with a letter or underscore.
3686
3687 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3688 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3689 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3690 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3691 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3692 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3693
3694 Register constraints correspond directly to register classes.
3695 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3696 definitions.
3697
3698 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3699 All three arguments are string constants.
3700 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3701 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3702 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3703 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3704 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3705 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3706 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3707 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3708 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3709 is not available on a given subarchitecture.
3710
3711 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3712 constraint.  Docstrings are explained further below.
3713 @end deffn
3714
3715 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3716 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3717 constraint matches.
3718
3719 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3720 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3721 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3722 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3723 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3724 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3725 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3726 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3727 might match, just like predicate expressions.
3728
3729 @code{match_test} C expressions have access to the
3730 following variables:
3731
3732 @table @var
3733 @item op
3734 The RTL object defining the operand.
3735 @item mode
3736 The machine mode of @var{op}.
3737 @item ival
3738 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3739 @item hval
3740 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3741 @code{const_double}.
3742 @item lval
3743 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3744 @code{const_double}.
3745 @item rval
3746 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3747 @code{const_double}.
3748 @end table
3749
3750 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3751 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3752 object.
3753 @end deffn
3754
3755 Most non-register constraints should be defined with
3756 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3757 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3758 by @code{reload} if they fail to match.
3759
3760 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3761 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3762 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3763 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3764 base register (from the register class specified by
3765 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3766
3767 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3768 memory references, but only those that do not make use of an index
3769 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3770 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3771 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3772 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3773 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3774 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3775
3776 The syntax and semantics are otherwise identical to
3777 @code{define_constraint}.
3778 @end deffn
3779
3780 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3781 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3782 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3783 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3784 with @var{X} a base register.
3785
3786 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3787 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3788 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3789 the generic @samp{p} constraint.
3790
3791 The syntax and semantics are otherwise identical to
3792 @code{define_constraint}.
3793 @end deffn
3794
3795 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3796 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3797 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3798 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3799 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3800 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3801 it correctly:
3802
3803 @smallexample
3804 @group
3805 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3806   "@var{doc}@dots{}"
3807   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3808        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3809 @end group
3810 @end smallexample
3811 @c the semicolons line up in the formatted manual
3812
3813 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3814 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3815
3816 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3817 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3818 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3819 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3820 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3821 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3822 causes a reload failure.
3823
3824 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3825 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3826 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3827 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3828
3829 @node C Constraint Interface
3830 @subsection Testing constraints from C
3831 @cindex testing constraints
3832 @cindex constraints, testing
3833
3834 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3835 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3836 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3837 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3838 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3839 may change in the future.
3840
3841 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3842 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3843 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3844 the old constraint interface that machine-independent components of
3845 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3846 future.
3847
3848 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3849 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3850 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3851 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3852 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3853
3854 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3855 @example
3856 @multitable {Original} {Mangled}
3857 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3858 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3859 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3860 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3861 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3862 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3863 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3864 @end multitable
3865 @end example
3866
3867 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3868 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3869 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3870 a larger identifier).
3871
3872 @deftp Enum constraint_num
3873 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3874 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3875 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3876 argument expect one of these constants.
3877
3878 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3879 This may change in the future.
3880 @end deftp
3881
3882 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3883 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3884 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3885 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3886 before @file{tm_p.h}.
3887 @end deftypefun
3888
3889 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3890 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3891 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3892 specifies a register constraint, this function will always return
3893 @code{false}.
3894 @end deftypefun
3895
3896 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3897 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3898 a register constraint, or those registers are not available for the
3899 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3900 @end deftypefun
3901
3902 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3903 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3904 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3905 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3906 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3907 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3908 definition from the i386 machine description.)
3909
3910 @smallexample
3911 (define_peephole2
3912   [(match_scratch:SI 3 "r")
3913    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3914         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3915                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3916
3917   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3918
3919   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3920    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3921
3922   "")
3923 @end smallexample
3924
3925 @node Standard Names
3926 @section Standard Pattern Names For Generation
3927 @cindex standard pattern names
3928 @cindex pattern names
3929 @cindex names, pattern
3930
3931 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3932 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3933 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3934 pattern to accomplish a certain task.
3935
3936 @table @asis
3937 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3938 @item @samp{mov@var{m}}
3939 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3940 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3941 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3942
3943 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3944 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3945 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3946 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3947 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3948 outside the target word are left unchanged.
3949
3950 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3951 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3952 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3953 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3954 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3955
3956 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3957 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3958 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3959 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3960 into a register.
3961
3962 @findex force_reg
3963 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3964 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3965 registers other than the operands.  For example, if you support the
3966 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3967 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3968 function which might generate new pseudo registers.
3969
3970 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3971 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3972 some temporary registers.
3973
3974 @findex change_address
3975 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3976 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3977 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3978 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3979 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3980 an address into a valid address and no routine (such as
3981 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3982 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3983
3984 @findex reload_in_progress
3985 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3986 declared if required) can be used to determine whether such special
3987 handling is required.
3988
3989 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3990 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3991 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3992 machines explicit memory references will get optional reloads.
3993
3994 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3995 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3996
3997 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3998 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3999
4000 @findex can_create_pseudo_p
4001 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
4002 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
4003 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
4004
4005 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
4006 register to any other hard register provided that
4007 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
4008 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
4009 of 2.
4010
4011 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
4012 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
4013 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
4014 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
4015 point members.
4016
4017 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
4018 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
4019 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
4020 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
4021 floating point registers, then the constraints of the fixed point
4022 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
4023 reload into a floating point register.
4024
4025 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
4026 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
4027 @item @samp{reload_in@var{m}}
4028 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
4029 These named patterns have been obsoleted by the target hook
4030 @code{secondary_reload}.
4031
4032 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
4033 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
4034 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
4035 macro in @pxref{Register Classes}.
4036
4037 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
4038 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
4039 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
4040 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
4041 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
4042 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
4043 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
4044 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
4045 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
4046 for these patterns.
4047
4048 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
4049 @item @samp{movstrict@var{m}}
4050 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
4051 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
4052 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
4053 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
4054
4055 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
4056 @item @samp{movmisalign@var{m}}
4057 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
4058 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
4059 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
4060 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
4061 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
4062
4063 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
4064 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
4065
4066 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
4067 @item @samp{load_multiple}
4068 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
4069 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
4070 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
4071 number of consecutive registers.
4072
4073 Define this only if the target machine really has such an instruction;
4074 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
4075 registers from memory is to do them one at a time.
4076
4077 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
4078 registers can be stored into memory, such as particular starting or
4079 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
4080 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4081 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
4082
4083 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
4084 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
4085 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
4086 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
4087 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
4088
4089 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
4090 @item @samp{store_multiple}
4091 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
4092 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
4093 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
4094 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
4095
4096 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4097 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
4098 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
4099 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
4100 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
4101 while the memory operand is a flat array that contains the same number
4102 of elements.  The operation is equivalent to:
4103
4104 @smallexample
4105 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4106 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4107   for (i = 0; i < c; i++)
4108     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
4109 @end smallexample
4110
4111 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
4112 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
4113 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
4114
4115 This pattern can only be used if:
4116 @smallexample
4117 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
4118 @end smallexample
4119 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
4120 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
4121 loads for vectors of mode @var{n}.
4122
4123 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
4124 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
4125 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
4126 and register operands reversed.  That is, the instruction is
4127 equivalent to:
4128
4129 @smallexample
4130 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
4131 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
4132   for (i = 0; i < c; i++)
4133     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
4134 @end smallexample
4135
4136 for a memory operand 0 and register operand 1.
4137
4138 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
4139 @item @samp{vec_set@var{m}}
4140 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
4141 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
4142
4143 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
4144 @item @samp{vec_extract@var{m}}
4145 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
4146 specify field index and operand 0 place to store value into.
4147
4148 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
4149 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
4150 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
4151 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
4152 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
4153 The output and input vectors should have the same modes.
4154
4155 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
4156 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
4157 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
4158 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand
4159 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
4160 The output and input vectors should have the same modes.
4161
4162 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
4163 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
4164 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
4165 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
4166 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
4167 @code{N/2} elements of the second input vector.
4168
4169 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
4170 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
4171 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
4172 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
4173 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low
4174 @code{N/2} elements of the second input vector.
4175
4176 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4177 @item @samp{vec_init@var{m}}
4178 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4179 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4180
4181 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4182 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4183 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4184 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4185 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a
4186 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4187 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4188 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4189 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4190 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4191
4192 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4193 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4194 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4195 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4196 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4197 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4198
4199 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4200 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4201 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4202 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4203 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4204
4205 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4206 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4207 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4208 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4209 mode @var{q}.
4210
4211 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4212 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4213 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4214 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4215
4216 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4217 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4218 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4219 specific constant permutation is available efficiently; the named
4220 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4221
4222 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4223 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4224 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4225
4226 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4227 @item @samp{push@var{m}1}
4228 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4229 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4230 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4231 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4232 method is deprecated.
4233
4234 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4235 @item @samp{add@var{m}3}
4236 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4237 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4238 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4239
4240 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4241 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4242 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4243 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4244 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4245 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4246 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4247 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4248 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4249 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4250 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4251 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4252 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4253 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4254 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4255 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4256 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4257 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4258 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4259 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4260 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4261 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4262 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4263 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4264 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4265 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4266 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4267 Similar, for other arithmetic operations.
4268
4269 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4270 @item @samp{fma@var{m}4}
4271 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4272 result in operand 0.  All operands must have mode @var{m}.  This
4273 pattern is used to implement the @code{fma}, @code{fmaf}, and
4274 @code{fmal} builtin functions from the ISO C99 standard.  The
4275 @code{fma} operation may produce different results than doing the
4276 multiply followed by the add if the machine does not perform a
4277 rounding step between the operations.
4278
4279 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4280 @item @samp{fms@var{m}4}
4281 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4282 product instead of added to the product.  This is represented
4283 in the rtl as
4284
4285 @smallexample
4286 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4287 @end smallexample
4288
4289 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4290 @item @samp{fnma@var{m}4}
4291 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4292 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4293 in the rtl as
4294
4295 @smallexample
4296 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4297 @end smallexample
4298
4299 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4300 @item @samp{fnms@var{m}4}
4301 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4302 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4303 in the rtl as
4304
4305 @smallexample
4306 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4307 @end smallexample
4308
4309 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4310 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4311 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4312 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4313 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4314 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4315
4316 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4317 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4318 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4319 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4320 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4321 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4322 modes.
4323
4324 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4325 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4326 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4327 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4328 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4329 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4330 modes.
4331
4332 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4333 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4334 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4335 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4336 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4337
4338 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4339 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4340 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4341 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4342 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4343
4344 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4345 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4346 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4347 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4348 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4349 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4350 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4351 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4352 is of the same mode as operand 3.
4353
4354 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4355 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4356 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4357 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4358 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4359 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4360 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4361 of a wider mode.)
4362
4363 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4364 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4365 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4366 Whole vector left/right shift in bits.
4367 Operand 1 is a vector to be shifted.
4368 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4369 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4370 The output and input vectors should have the same modes.
4371
4372 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4373 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4374 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4375 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4376 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4377 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4378
4379 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4380 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4381 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4382 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4383 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4384 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4385 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4386 saturating arithmetic.
4387
4388 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4389 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4390 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4391 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4392 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4393 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4394 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4395
4396 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4397 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4398 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4399 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4400 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4401 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4402 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4403 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4404
4405 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4406 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4407 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4408 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4409 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4410 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4411 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4412
4413 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4414 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4415 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4416 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4417 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4418 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4419 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4420 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4421 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4422 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4423 the output vector (operand 0).
4424
4425 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4426 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4427 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4428 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4429 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4430 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4431 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4432 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4433 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4434 output vector (operand 0).
4435
4436 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4437 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4438 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4439 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4440 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
4441 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
4442 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
4443 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
4444 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
4445 output vector (operand 0).
4446
4447 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4448 @item @samp{mulhisi3}
4449 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4450 a @code{SImode} product in operand 0.
4451
4452 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4453 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4454 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4455 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4456
4457 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4458 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4459 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4460 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4461 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4462 multiplication.
4463
4464 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4465 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4466 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4467 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4468 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4469 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4470 multiplication.
4471
4472 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4473 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4474 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4475 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4476 The least significant half of the product is discarded.
4477
4478 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4479 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4480 Similar, but the multiplication is unsigned.
4481
4482 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4483 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4484 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4485 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4486 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4487 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4488 the size of @var{m}.
4489
4490 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4491 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4492
4493 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4494
4495 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4496 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4497 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4498 operands instead of sign-extending them.
4499
4500 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4501 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4502 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4503 signed-saturating.
4504
4505 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4506 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4507 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4508 unsigned-saturating.
4509
4510 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4511 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4512 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4513 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4514 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4515 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4516 the size of @var{m}.
4517
4518 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4519 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4520 from operand 3.
4521
4522 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4523
4524 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4525 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4526 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4527 operands instead of sign-extending them.
4528
4529 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4530 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4531 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4532 signed-saturating.
4533
4534 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4535 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4536 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4537 unsigned-saturating.
4538
4539 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4540 @item @samp{divmod@var{m}4}
4541 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4542 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4543 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4544
4545 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4546 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4547 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4548 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4549 and remainder are computed.
4550
4551 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4552 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4553 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4554 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4555 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4556
4557 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4558 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4559 Similar, but does unsigned division.
4560
4561 @anchor{shift patterns}
4562 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4563 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4564 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4565 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4566 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4567 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4568 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4569 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4570 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4571 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4572 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4573
4574 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4575 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4576 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4577 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4578 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4579 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4580 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4581
4582 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4583 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4584 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4585 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4586 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4587 @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}
4588 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4589 instead of a scalar type.
4590
4591 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4592 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4593 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4594 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4595 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4596
4597 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4598 @item @samp{abs@var{m}2}
4599 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4600
4601 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4602 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4603 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4604
4605 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4606 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4607 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4608 type @code{float}.
4609
4610 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4611 @item @samp{fmod@var{m}3}
4612 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4613 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4614
4615 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4616 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4617 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4618 type @code{float}.
4619
4620 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4621 @item @samp{remainder@var{m}3}
4622 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4623 operand 0, rounded to the nearest integer.
4624
4625 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4626 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4627 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4628 to the C data type @code{float}.
4629
4630 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4631 @item @samp{cos@var{m}2}
4632 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4633
4634 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4635 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4636 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4637 type @code{float}.
4638
4639 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4640 @item @samp{sin@var{m}2}
4641 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4642
4643 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4644 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4645 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4646 type @code{float}.
4647
4648 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4649 @item @samp{exp@var{m}2}
4650 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4651
4652 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4653 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4654 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4655 type @code{float}.
4656
4657 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4658 @item @samp{log@var{m}2}
4659 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4660
4661 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4662 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4663 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4664 type @code{float}.
4665
4666 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4667 @item @samp{pow@var{m}3}
4668 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4669 into operand 0.
4670
4671 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4672 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4673 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4674 type @code{float}.
4675
4676 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4677 @item @samp{atan2@var{m}3}
4678 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4679 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4680 determine the quadrant of the result.
4681
4682 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4683 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4684 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4685 type @code{float}.
4686
4687 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4688 @item @samp{floor@var{m}2}
4689 Store the largest integral value not greater than argument.
4690
4691 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4692 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4693 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4694 type @code{float}.
4695
4696 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4697 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4698 Store the argument rounded to integer towards zero.
4699
4700 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4701 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4702 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4703 type @code{float}.
4704
4705 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4706 @item @samp{round@var{m}2}
4707 Store the argument rounded to integer away from zero.
4708
4709 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4710 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4711 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4712 type @code{float}.
4713
4714 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4715 @item @samp{ceil@var{m}2}
4716 Store the argument rounded to integer away from zero.
4717
4718 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4719 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4720 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4721 type @code{float}.
4722
4723 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4724 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4725 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4726
4727 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4728 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4729 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4730 type @code{float}.
4731
4732 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4733 @item @samp{rint@var{m}2}
4734 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4735 raise the inexact exception when the result differs in value from
4736 the argument
4737
4738 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4739 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4740 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4741 type @code{float}.
4742
4743 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4744 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4745 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4746 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4747 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4748
4749 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4750 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
4751 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4752 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4753 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4754
4755 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4756 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
4757 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4758 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4759 operand 0 (which has mode @var{n}).
4760
4761 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4762 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
4763 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4764 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4765 operand 0 (which has mode @var{n}).
4766
4767 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4768 @item @samp{copysign@var{m}3}
4769 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4770 2 into operand 0.
4771
4772 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4773 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4774 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4775 type @code{float}.
4776
4777 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4778 @item @samp{ffs@var{m}2}
4779 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4780 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4781 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4782 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4783 generating the instruction.
4784
4785 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4786 corresponds to the C data type @code{int}.
4787
4788 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4789 @item @samp{clz@var{m}2}
4790 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4791 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4792 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4793 the result is undefined or has a useful value.
4794 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4795 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4796 operand to that mode before generating the instruction.
4797
4798 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4799 @item @samp{ctz@var{m}2}
4800 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4801 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4802 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4803 the result is undefined or has a useful value.
4804 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4805 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4806 operand to that mode before generating the instruction.
4807
4808 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4809 @item @samp{popcount@var{m}2}
4810 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4811 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4812 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4813 generating the instruction.
4814
4815 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4816 @item @samp{parity@var{m}2}
4817 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4818 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4819 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4820 the operand to that mode before generating the instruction.
4821
4822 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4823 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4824 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4825
4826 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4827 @item @samp{movmem@var{m}}
4828 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4829 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4830 address in mode @code{Pmode}.
4831
4832 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4833 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4834 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4835 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4836 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4837 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4838 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4839
4840 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4841 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4842 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4843 it may provide the value 4 for this operand.
4844
4845 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4846 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4847 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4848 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4849 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4850
4851 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4852 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4853 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4854 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4855 individually moved data units in the block.
4856
4857 These patterns need not give special consideration to the possibility
4858 that the source and destination strings might overlap.
4859
4860 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4861 @item @samp{movstr}
4862 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4863 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4864 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4865 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4866 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4867 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4868
4869 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4870 @item @samp{setmem@var{m}}
4871 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4872 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4873 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4874 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4875 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4876 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4877
4878 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4879 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4880 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4881 operand.
4882
4883 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4884 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4885 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4886 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4887 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4888
4889 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4890
4891 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4892 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4893 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4894 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4895 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4896 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4897 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4898 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4899 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4900 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
4901 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
4902 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
4903
4904 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4905 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4906 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4907 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4908 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4909 @code{Pmode}.
4910
4911 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4912 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4913 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4914 it may provide the value 4 for this operand.
4915
4916 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4917 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4918 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4919 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4920 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
4921 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
4922 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
4923 result of the comparison.
4924
4925 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4926 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4927 Block compare instruction, with five operands like the operands
4928 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4929 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4930 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4931 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
4932 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
4933 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
4934 the result of the comparison.
4935
4936 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4937 @item @samp{strlen@var{m}}
4938 Compute the length of a string, with three operands.
4939 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4940 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4941 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4942 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4943 of the beginning of the string.
4944
4945 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4946 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4947 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4948 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4949 @var{n}).
4950
4951 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4952 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4953 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4954 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4955 @var{n}).
4956
4957 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4958 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4959 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4960 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4961 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4962 the value of operand 1 is an integer.
4963
4964 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4965 define the @code{ftrunc} pattern.
4966
4967 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4968 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4969 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4970 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4971 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4972 value of operand 1 is an integer.
4973
4974 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4975 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4976 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4977 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4978 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4979
4980 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4981 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4982 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4983 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4984
4985 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4986 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4987 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4988 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4989
4990 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4991 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4992 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4993 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4994 point or both floating point.
4995
4996 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4997 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4998 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4999 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5000 point or both floating point.
5001
5002 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5003 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
5004 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
5005 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
5006 point.
5007
5008 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5009 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
5010 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5011 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5012 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5013 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5014 or fixed-point to floating-point.
5015 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5016
5017 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5018 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
5019 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5020 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5021 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5022 or floating-point to fixed-point.
5023 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5024 results to the maximum or the minimum.
5025
5026 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5027 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
5028 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5029 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5030 could be unsigned integer to fixed-point, or
5031 fixed-point to unsigned integer.
5032 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5033
5034 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5035 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
5036 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
5037 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5038 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5039 results to the maximum or the minimum.
5040
5041 @cindex @code{extv} instruction pattern
5042 @item @samp{extv}
5043 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
5044 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
5045 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
5046 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
5047 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
5048 be valid for @code{word_mode}.
5049
5050 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5051 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
5052
5053 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
5054 before it is stored in operand 0.
5055
5056 @cindex @code{extzv} instruction pattern
5057 @item @samp{extzv}
5058 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
5059
5060 @cindex @code{insv} instruction pattern
5061 @item @samp{insv}
5062 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
5063 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
5064 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
5065 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
5066 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
5067
5068 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5069 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
5070
5071 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
5072 @item @samp{mov@var{mode}cc}
5073 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
5074 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
5075 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
5076
5077 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
5078 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
5079 conditionally move an integer value based on the floating point condition
5080 codes and vice versa.
5081
5082 If the machine does not have conditional move instructions, do not
5083 define these patterns.
5084
5085 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
5086 @item @samp{add@var{mode}cc}
5087 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
5088 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
5089 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
5090 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
5091
5092 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
5093 @item @samp{cstore@var{mode}4}
5094 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
5095 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
5096 are the first and second operand of the comparison, respectively.
5097 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
5098 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
5099 mode you have used and supplies an operand of that mode.
5100
5101 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
5102 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
5103 you should omit it from the machine description.  You describe to the
5104 compiler exactly which value is stored by defining the macro
5105 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
5106 found that can be used for all the possible comparison operators, you
5107 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
5108 onto the one you chose.
5109
5110 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
5111 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
5112 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
5113 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
5114 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
5115 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
5116
5117 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
5118 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
5119 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
5120 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
5121 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
5122 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
5123 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
5124 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
5125 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
5126 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
5127 from the machine description.
5128
5129 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
5130 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
5131 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
5132 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
5133 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
5134 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
5135
5136 @cindex @code{jump} instruction pattern
5137 @item @samp{jump}
5138 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
5139 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
5140 on all machines.
5141
5142 @cindex @code{call} instruction pattern
5143 @item @samp{call}
5144 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
5145 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
5146 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
5147 operands.
5148
5149 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
5150 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
5151 to put this information into the assembler code; they can put it in
5152 the RTL instead of operand 1.
5153
5154 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
5155 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
5156 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
5157 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
5158 instruction, the pattern for this operation should be a
5159 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
5160 address into a register and uses that register in the call instruction.
5161
5162 @cindex @code{call_value} instruction pattern
5163 @item @samp{call_value}
5164 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
5165 register in which the value is returned.  There are three more
5166 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
5167 instruction (but with numbers increased by one).
5168
5169 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
5170 insn.
5171
5172 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
5173 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
5174 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
5175 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
5176 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
5177 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
5178 adjustment made to the frame pointer.
5179
5180 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
5181 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
5182 can be eliminated, if desired.
5183
5184 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
5185 @item @samp{untyped_call}
5186 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
5187 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
5188 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
5189 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5190 the saving of a function return value into the result block.
5191
5192 This instruction pattern should be defined to support
5193 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
5194 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
5195 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
5196 multiple registers that can hold a return value
5197 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
5198
5199 @cindex @code{return} instruction pattern
5200 @item @samp{return}
5201 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5202 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5203 from a function.
5204
5205 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
5206 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
5207 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
5208 some class of functions only requires one instruction to implement a
5209 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
5210 to save any registers or allocate stack space.
5211
5212 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
5213 @code{simple_return} if no epilogue is required.
5214
5215 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
5216 @item @samp{simple_return}
5217 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5218 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5219 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
5220 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
5221 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
5222 prologue has not been executed, and a function return should occur without
5223 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
5224 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
5225
5226 @findex reload_completed
5227 @findex leaf_function_p
5228 For such machines, the condition specified in this pattern should only
5229 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
5230 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
5231 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
5232 a register window push is required.
5233
5234 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5235 such as
5236
5237 @smallexample
5238 (define_insn ""
5239   [(set (pc)
5240         (if_then_else (match_operator
5241                          0 "comparison_operator"
5242                          [(cc0) (const_int 0)])
5243                       (return)
5244                       (pc)))]
5245   "@var{condition}"
5246   "@dots{}")
5247 @end smallexample
5248
5249 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5250 named @samp{return} pattern.
5251
5252 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5253 @item @samp{untyped_return}
5254 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5255 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5256 instructions are needed to return a value of any type.
5257
5258 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5259 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5260 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5261 the restoring of a function return value from the result block.
5262
5263 @cindex @code{nop} instruction pattern
5264 @item @samp{nop}
5265 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5266 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5267 RTL pattern.
5268
5269 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5270 @item @samp{indirect_jump}
5271 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5272 This pattern name is mandatory on all machines.
5273
5274 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5275 @item @samp{casesi}
5276 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5277 This instruction takes five operands:
5278
5279 @enumerate
5280 @item
5281 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5282
5283 @item
5284 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5285
5286 @item
5287 The total range of indices in the table---the largest index
5288 minus the smallest one (both inclusive).
5289
5290 @item
5291 A label that precedes the table itself.
5292
5293 @item
5294 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5295 @end enumerate
5296
5297 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5298 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
5299 difference between the upper bound and the lower bound.
5300
5301 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5302 @item @samp{tablejump}
5303 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5304 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5305 is no @samp{casesi} pattern.
5306
5307 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5308 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5309 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5310 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5311 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5312 mode @code{Pmode}.
5313
5314 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5315 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5316 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5317 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5318
5319
5320 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5321 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5322 Conditional branch instruction that decrements a register and
5323 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5324 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5325 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5326
5327 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5328 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5329 reduction is enabled.
5330
5331 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5332 @item @samp{doloop_end}
5333 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
5334 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
5335 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
5336 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
5337 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
5338 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
5339 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
5340 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
5341 @xref{Looping Patterns}.
5342
5343 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5344 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5345 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
5346 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5347 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
5348 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
5349 too large for this instruction, make it fail.
5350
5351 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5352 @item @samp{doloop_begin}
5353 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5354 need to perform some initialization, such as loading special registers
5355 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
5356 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
5357 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5358
5359
5360 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5361 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5362 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5363 into operand 0.
5364
5365 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5366 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5367 and also has mode @code{Pmode}.
5368
5369 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5370 the address of the function which would be called if the function
5371 pointer were used in an indirect call.
5372
5373 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5374 can have different values but still call the same function when
5375 used in an indirect call.
5376
5377 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5378 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5379 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5380 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5381 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5382 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5383 @item @samp{save_stack_block}
5384 @itemx @samp{save_stack_function}
5385 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5386 @itemx @samp{restore_stack_block}
5387 @itemx @samp{restore_stack_function}
5388 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5389 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5390 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5391 such machines.
5392
5393 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5394 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5395 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5396 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5397 saves and restores are:
5398
5399 @enumerate
5400 @item
5401 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5402 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5403 restores the stack pointer when the block is exited.
5404
5405 @item
5406 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5407 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5408 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5409 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5410 restore sequence on some machines.
5411
5412 @item
5413 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5414 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5415 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5416 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5417 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5418 and restoring additional data such as register window information or
5419 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5420 such required data.
5421 @end enumerate
5422
5423 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5424 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5425 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5426 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5427 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5428 for a particular type of save (either because no save is needed or
5429 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5430 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5431 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5432 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5433
5434 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5435 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5436 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5437
5438 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5439 @item @samp{allocate_stack}
5440 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5441 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5442
5443 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5444 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5445 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5446 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5447 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5448 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5449 stack is free.
5450
5451 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5452 Some machines require other operations such as stack probes or
5453 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5454 operations in addition to updating the stack pointer.
5455
5456 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5457 @item @samp{check_stack}
5458 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5459 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5460 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5461 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5462 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5463 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5464
5465 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5466 @item @samp{probe_stack}
5467 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5468 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5469 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5470 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5471 in the stack that needs to be probed.
5472
5473 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5474 @item @samp{nonlocal_goto}
5475 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5476 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5477 each representing a value to be used in the jump.  The first
5478 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5479 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5480 the third is the address of a location where the stack is saved,
5481 and the last is the address of the label, to be placed in the
5482 location for the incoming static chain.
5483
5484 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5485 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5486 and static chain, restore the stack (using the
5487 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5488 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5489 not work on your machine.
5490
5491 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5492 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5493 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5494 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5495 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5496 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5497 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5498 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5499 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5500 There are no arguments.
5501
5502 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5503 @item @samp{exception_receiver}
5504 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5505 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5506 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5507 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5508 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5509 an exception.  There are no arguments.
5510
5511 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5512 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5513 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5514 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5515 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5516 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5517 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5518 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5519 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5520 the first three are normally used by the generic mechanism.
5521
5522 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5523 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5524 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5525 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5526 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5527 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5528 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5529 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5530 at a small offset from that label.
5531
5532 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5533 @item @samp{builtin_longjmp}
5534 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5535 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5536 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5537 @code{jmp_buf}.
5538
5539 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5540 @item @samp{eh_return}
5541 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5542 and thence the call frame exception handling library routines, are
5543 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5544 the abnormal return path.
5545
5546 The address of the exception handler to which the function should return
5547 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5548 the pattern to some special register or memory location.
5549 If the pattern needs to determine the location of the target call
5550 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5551 if defined; it will have already been assigned.
5552
5553 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5554 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5555 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5556 handling is to be used.
5557
5558 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5559 @anchor{prologue instruction pattern}
5560 @item @samp{prologue}
5561 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5562 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5563 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5564
5565 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5566 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5567
5568 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5569 instruction scheduling.
5570
5571 @cindex @code{window_save} instruction pattern
5572 @anchor{window_save instruction pattern}
5573 @item @samp{window_save}
5574 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
5575 be defined if the target machine has register windows but the window events
5576 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
5577 architecture.
5578
5579 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5580 @anchor{epilogue instruction pattern}
5581 @item @samp{epilogue}
5582 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5583 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5584 registers and emitting the return instruction.
5585
5586 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5587 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5588
5589 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5590 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5591
5592 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5593 @item @samp{sibcall_epilogue}
5594 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5595 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5596 sibling call (aka tail call) sites.
5597
5598 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5599 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5600 function.
5601
5602 @cindex @code{trap} instruction pattern
5603 @item @samp{trap}
5604 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5605 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5606 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5607
5608 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5609 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5610 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5611 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5612 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5613
5614 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5615
5616 @smallexample
5617 (define_insn "ctrapsi4"
5618   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5619              [(match_operand 1 "register_operand")
5620               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5621             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5622   ""
5623   "@dots{}")
5624 @end smallexample
5625
5626 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5627 @item @samp{prefetch}
5628
5629 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5630 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5631 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5632 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5633 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5634 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5635 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5636 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5637 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5638
5639 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5640 the values of operands 1 and 2.
5641
5642 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5643 @item @samp{blockage}
5644
5645 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5646 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5647 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5648
5649 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5650 @item @samp{memory_barrier}
5651
5652 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5653 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5654 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5655 This pattern has no operands.
5656
5657 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5658 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5659
5660 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5661 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5662 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5663 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5664 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5665 of the operation; it should contain the contents of the memory
5666 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5667 a copy of operand 2.
5668
5669 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5670
5671 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5672 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5673 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5674 after the atomic operation.
5675
5676 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5677 operation is available via the status flags, it is possible to
5678 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5679 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5680 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5681 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5682 description includes such a set, the target should also define special
5683 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5684 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5685 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5686 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5687
5688 For targets where the operating system may provide support for this
5689 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
5690 may be initialized to a function with the same interface as the
5691 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
5692 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
5693 target can initialize all of the optabs at once with
5694 @code{init_sync_libfuncs}.
5695 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
5696 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
5697 interruptable locking.
5698
5699 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5700 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5701 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5702 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5703 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5704 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5705 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5706 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5707 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5708
5709 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5710 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5711 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5712
5713 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5714 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5715 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5716 after the atomic operation.
5717
5718 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5719 from a compare-and-swap operation, if defined.
5720
5721 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5722 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5723 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5724 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5725 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5726 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5727 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5728 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5729 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5730
5731 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5732 and return the value that the memory contained before the operation.
5733 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5734 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5735 to the binary operator.
5736
5737 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5738 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5739 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5740 after the atomic operation.
5741
5742 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5743 from a compare-and-swap operation, if defined.
5744
5745 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5746 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5747 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5748 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5749 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5750 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5751 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5752 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5753 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5754
5755 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5756 except that they return the value that exists in the memory location
5757 after the operation, rather than before the operation.
5758
5759 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5760 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5761
5762 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5763 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5764 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5765 is the value to set in the lock.
5766
5767 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5768 which the previous value in memory operand is copied into the result
5769 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5770
5771 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5772 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5773 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5774 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5775 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5776
5777 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5778 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5779 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5780
5781 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5782 a compare-and-swap operation, if defined.
5783
5784 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5785 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5786
5787 This pattern, if defined, releases a lock set by
5788 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5789 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5790
5791 If the target doesn't implement full semantics for
5792 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5793 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5794 of the memory operand are implementation defined.
5795
5796 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5797 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5798 released only after all previous memory operations have completed.
5799
5800 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5801 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5802
5803 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5804 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
5805 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5806 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
5807 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
5808 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
5809 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
5810 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
5811 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
5812 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
5813 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
5814 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
5815 if the operation fails.
5816
5817 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
5818 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
5819 the memory model in operand 6 is issued.  
5820
5821 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
5822 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
5823
5824 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
5825 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
5826 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
5827
5828 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
5829 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
5830 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
5831
5832 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
5833 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
5834 This pattern implements an atomic load operation with memory model
5835 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
5836 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
5837 the load operation.
5838
5839 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
5840 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
5841 operation if a normal load would not be atomic.
5842
5843 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
5844 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
5845 This pattern implements an atomic store operation with memory model
5846 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
5847 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
5848 the operation.
5849
5850 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
5851 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
5852 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
5853 attempted with the result being ignored.
5854
5855 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
5856 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
5857 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
5858 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
5859 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
5860 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
5861 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
5862
5863 If this pattern is not present, the built-in function
5864 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
5865 compare and swap loop.
5866
5867 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
5868 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
5869 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
5870 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
5871 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
5872 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
5873 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
5874 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
5875 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
5876
5877 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
5878 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
5879 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5880 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
5881
5882 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
5883 @code{sync} patterns, or equivilent patterns which return a result.  If
5884 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
5885
5886 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
5887 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
5888 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
5889 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
5890 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
5891 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
5892 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
5893 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
5894 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
5895
5896 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
5897 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
5898 operand which contains the value of the memory location before the 
5899 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
5900 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
5901 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
5902
5903 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
5904 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
5905 loop will be used.
5906
5907 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
5908 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
5909 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
5910 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
5911 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
5912 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
5913 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
5914 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
5915 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
5916
5917 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
5918 model semantics and return the result after the operation is performed.
5919 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
5920 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5921 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
5922 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
5923
5924 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
5925 @code{sync} patterns, or equivilent patterns which return the result before
5926 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
5927 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
5928 used.
5929
5930 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
5931 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
5932 This pattern emits code required to implement a thread fence with
5933 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
5934
5935 If this pattern is not specified, all memory models except
5936 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
5937 barrier pattern.
5938
5939 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
5940 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
5941 This pattern emits code required to implement a signal fence with
5942 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
5943
5944 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
5945 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
5946 instructions.
5947
5948 If this pattern is not specified, all memory models except
5949 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
5950 barrier pattern.
5951
5952 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5953 @item @samp{stack_protect_set}
5954
5955 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
5956 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5957 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5958 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5959 having clobbered it.
5960
5961 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5962
5963 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5964 @item @samp{stack_protect_test}
5965
5966 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
5967 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5968 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5969 weren't equal.
5970
5971 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5972 conditional branch pattern is used.
5973
5974 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5975 @item @samp{clear_cache}
5976
5977 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5978 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5979 inclusive and operand 1 exclusive.
5980
5981 If this pattern is not defined, a call to the library function
5982 @code{__clear_cache} is used.
5983
5984 @end table
5985
5986 @end ifset
5987 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5988 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5989 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5990 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5991 @ifset INTERNALS
5992 @node Pattern Ordering
5993 @section When the Order of Patterns Matters
5994 @cindex Pattern Ordering
5995 @cindex Ordering of Patterns
5996
5997 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5998 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5999 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
6000 and faster instructions (those that will produce better code when they
6001 do match) should usually go first in the description.
6002
6003 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
6004 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
6005 instruction for converting a fullword to floating point and another
6006 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
6007 an integer to floating point could match either one.  We put the
6008 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
6009 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
6010 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
6011 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
6012 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
6013 constant value.
6014
6015 @end ifset
6016 @ifset INTERNALS
6017 @node Dependent Patterns
6018 @section Interdependence of Patterns
6019 @cindex Dependent Patterns
6020 @cindex Interdependence of Patterns
6021
6022 In some cases machines support instructions identical except for the
6023 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
6024 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
6025 patterns are
6026
6027 @smallexample
6028 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6029      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
6030
6031 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6032      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
6033 @end smallexample
6034
6035 @noindent
6036 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
6037 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
6038 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
6039 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
6040 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
6041 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
6042
6043 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
6044 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
6045 compilations.
6046
6047 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
6048 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
6049 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
6050 you should not provide separate patterns for increment and decrement
6051 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
6052 that supports register-register add insns by examining the operands and
6053 generating the appropriate machine instruction.
6054
6055 @end ifset
6056 @ifset INTERNALS
6057 @node Jump Patterns
6058 @section Defining Jump Instruction Patterns
6059 @cindex jump instruction patterns
6060 @cindex defining jump instruction patterns
6061
6062 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
6063 The machine description should define a single pattern, usually
6064 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
6065
6066 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
6067 and a separate branch insn testing the condition code and branching
6068 or not according to its value.  For many machines, however,
6069 separating compares and branches is limiting, which is why the
6070 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
6071 The machine description becomes clearer for architectures that
6072 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
6073 works better when different sets of comparison operators are supported
6074 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
6075 or by conditional branches with respect to conditional stores.
6076
6077 Two separate insns are always used if the machine description represents
6078 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
6079 and on most machines that use a separate condition code register
6080 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
6081 fact, the set and use of the condition code must be separate and
6082 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
6083 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
6084 so that the comparison and branch insns could be located from each other
6085 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
6086
6087 Even in this case having a single entry point for conditional branches
6088 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
6089 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
6090 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
6091 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
6092 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
6093 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
6094
6095 @end ifset
6096 @ifset INTERNALS
6097 @node Looping Patterns
6098 @section Defining Looping Instruction Patterns
6099 @cindex looping instruction patterns
6100 @cindex defining looping instruction patterns
6101
6102 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
6103 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
6104 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
6105 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
6106 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
6107 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
6108 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
6109 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
6110 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
6111 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
6112 the jump.
6113
6114 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
6115 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
6116 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
6117 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
6118 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
6119 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
6120 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
6121 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
6122 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
6123 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
6124 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
6125 following for its @code{dbra} instruction:
6126
6127 @smallexample
6128 @group
6129 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6130   [(set (pc)
6131         (if_then_else
6132           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6133                        (const_int -1))
6134               (const_int 0))
6135           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6136           (pc)))
6137    (set (match_dup 0)
6138         (plus:SI (match_dup 0)
6139                  (const_int -1)))]
6140   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6141   "@dots{}")
6142 @end group
6143 @end smallexample
6144
6145 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
6146 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
6147 since this insn is generated by the instruction combination phase
6148 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
6149 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
6150 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
6151 pattern will not be matched by the combiner.
6152
6153 @smallexample
6154 @group
6155 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6156   [(set (pc)
6157         (if_then_else
6158           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6159               (const_int 1))
6160           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6161           (pc)))
6162    (set (match_dup 0)
6163         (plus:SI (match_dup 0)
6164                  (const_int -1)))]
6165   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6166   "@dots{}")
6167 @end group
6168 @end smallexample
6169
6170 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
6171 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
6172 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
6173 information collected during strength reduction.
6174
6175 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
6176 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
6177 is an optional companion pattern that can be used for initialization
6178 needed for some low-overhead looping instructions.
6179
6180 Note that some machines require the actual looping instruction to be
6181 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
6182 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
6183 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
6184 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
6185 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
6186 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
6187 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
6188 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
6189 desired special iteration counter register was not allocated, this
6190 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
6191 instruction pair.
6192
6193 The essential difference between the
6194 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
6195 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
6196 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
6197 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
6198 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
6199 may become redundant and removed by the flow pass.
6200
6201
6202 @end ifset
6203 @ifset INTERNALS
6204 @node Insn Canonicalizations
6205 @section Canonicalization of Instructions
6206 @cindex canonicalization of instructions
6207 @cindex insn canonicalization
6208
6209 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
6210 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
6211 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
6212 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
6213 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
6214 number of insn patterns required.
6215
6216 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
6217 are performed:
6218
6219 @itemize @bullet
6220 @item
6221 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
6222 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
6223 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
6224 be supplied.
6225
6226 @item
6227 For associative operators, a sequence of operators will always chain
6228 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
6229 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
6230 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
6231 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
6232 floating-point.
6233
6234 @item
6235 @cindex @code{neg}, canonicalization of
6236 @cindex @code{not}, canonicalization of
6237 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6238 @cindex @code{plus}, canonicalization of
6239 @cindex @code{minus}, canonicalization of
6240 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
6241 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
6242 first operand.
6243
6244 @item
6245 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
6246 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
6247 the operations as far as possible.  For instance,
6248 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
6249 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
6250 @code{(minus A (mult B C))}.
6251
6252 @cindex @code{compare}, canonicalization of
6253 @item
6254 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
6255 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
6256
6257 @item
6258 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
6259 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
6260 above.
6261
6262 @item
6263 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
6264 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
6265 of @code{ltu}.
6266
6267 @item
6268 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
6269 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
6270
6271 @item
6272 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
6273 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
6274
6275 @cindex @code{ior}, canonicalization of
6276 @cindex @code{and}, canonicalization of
6277 @cindex De Morgan's law
6278 @item
6279 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
6280 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
6281 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
6282
6283 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
6284 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
6285 for that instruction as
6286
6287 @smallexample
6288 (define_insn ""
6289   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6290         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6291                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
6292   "@dots{}"
6293   "@dots{}")
6294 @end smallexample
6295
6296 @noindent
6297 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
6298
6299 @smallexample
6300 (define_insn ""
6301   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6302         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6303                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
6304   "@dots{}"
6305   "@dots{}")
6306 @end smallexample
6307
6308 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
6309 logically equivalent RTL expressions.
6310
6311 @cindex @code{xor}, canonicalization of
6312 @item
6313 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
6314 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
6315 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
6316
6317 @item
6318 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
6319 the form
6320
6321 @smallexample
6322 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
6323 @end smallexample
6324
6325 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
6326 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
6327 @item
6328 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
6329 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
6330 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
6331
6332 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6333 @item
6334 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
6335 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
6336 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
6337 for @code{zero_extend}.
6338
6339 @item
6340 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
6341 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
6342 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
6343 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
6344 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
6345 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
6346 This transformation is only applied when it can be proven that the
6347 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
6348
6349 @end itemize
6350
6351 Further canonicalization rules are defined in the function
6352 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
6353
6354 @end ifset
6355 @ifset INTERNALS
6356 @node Expander Definitions
6357 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
6358 @cindex expander definitions
6359 @cindex code generation RTL sequences
6360 @cindex defining RTL sequences for code generation
6361
6362 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
6363 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
6364 represent them.  For these target machines, you can write a
6365 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
6366
6367 @findex define_expand
6368 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
6369 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
6370 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
6371
6372 A @code{define_expand} RTX has four operands:
6373
6374 @itemize @bullet
6375 @item
6376 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
6377 use for it is to refer to it by name.
6378
6379 @item
6380 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
6381 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
6382 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
6383
6384 @item
6385 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
6386 used to express how the availability of this pattern depends on
6387 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
6388 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
6389 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
6390 depend on the data in the insn being matched, but only the
6391 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
6392 during initialization in order to learn exactly which named instructions
6393 are available in a particular run.
6394
6395 @item
6396 The preparation statements, a string containing zero or more C
6397 statements which are to be executed before RTL code is generated from
6398 the RTL template.
6399
6400 Usually these statements prepare temporary registers for use as
6401 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
6402 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
6403 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
6404 @end itemize
6405
6406 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
6407 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
6408 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
6409 it.
6410
6411 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
6412 also describes the operands that need to be specified when this pattern
6413 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
6414
6415 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
6416 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
6417 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
6418 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
6419 information to preload the operand into a register if that is required for
6420 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
6421 references should use @code{match_dup}.
6422
6423 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
6424 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
6425 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
6426 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
6427 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
6428 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
6429 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
6430 compute the values and store them into the appropriate elements of
6431 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
6432
6433 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
6434 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
6435 as a statement.
6436
6437 @table @code
6438
6439 @findex DONE
6440 @item DONE
6441 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
6442 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
6443 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
6444 preparation statements; the RTL template will not be generated.
6445
6446 @findex FAIL
6447 @item FAIL
6448 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
6449 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
6450 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
6451
6452 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
6453 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
6454 operations.
6455 @end table
6456
6457 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
6458 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
6459 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
6460 insn.
6461
6462 The RTL template is not used for matching, only for generating the
6463 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
6464 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
6465 list of operands, such as this example:
6466
6467 @smallexample
6468 @group
6469 (define_expand "addsi3"
6470   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6471    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6472    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
6473 @end group
6474 @group
6475   ""
6476   "
6477 @{
6478   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
6479   DONE;
6480 @}")
6481 @end group
6482 @end smallexample
6483
6484 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
6485
6486 @smallexample
6487 @group
6488 (define_expand "ashlsi3"
6489   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6490         (ashift:SI
6491 @end group
6492 @group
6493           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6494           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
6495   ""
6496   "
6497 @end group
6498 @end smallexample
6499
6500 @smallexample
6501 @group
6502 @{
6503   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
6504       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
6505     FAIL;
6506 @}")
6507 @end group
6508 @end smallexample
6509
6510 @noindent
6511 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
6512 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
6513 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
6514 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
6515 library call).
6516
6517 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
6518 patterns with names, then it would be possible to use a
6519 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
6520 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
6521
6522 @smallexample
6523 (define_expand "zero_extendhisi2"
6524   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
6525         (const_int 0))
6526    (set (strict_low_part
6527           (subreg:HI
6528             (match_dup 0)
6529             0))
6530         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
6531   ""
6532   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
6533 @end smallexample
6534
6535 @noindent
6536 @findex make_safe_from
6537 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
6538 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
6539 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
6540 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
6541 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
6542 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
6543 by emitting another RTL insn.
6544
6545 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
6546 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
6547 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
6548 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
6549 on this machine.  So it must be copied into a register with
6550 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
6551
6552 @smallexample
6553 (define_expand "zero_extendhisi2"
6554   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6555         (and:SI (subreg:SI
6556                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
6557                   0)
6558                 (match_dup 2)))]
6559   ""
6560   "operands[2]
6561      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
6562 @end smallexample
6563
6564 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
6565 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
6566 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
6567 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
6568 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
6569 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
6570 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
6571 in the compiler.
6572
6573 @end ifset
6574 @ifset INTERNALS
6575 @node Insn Splitting
6576 @section Defining How to Split Instructions
6577 @cindex insn splitting
6578 @cindex instruction splitting
6579 @cindex splitting instructions
6580
6581 There are two cases where you should specify how to split a pattern
6582 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6583 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6584 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6585 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6586 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6587 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6588 cannot be placed into a delay slot.
6589
6590 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6591 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6592 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6593 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6594 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6595 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6596 scheduling.
6597
6598 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6599 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6600 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6601 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6602 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6603 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6604 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6605 split the addition into two insns is machine-dependent.
6606
6607 @findex define_split
6608 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6609 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6610
6611 @smallexample
6612 (define_split
6613   [@var{insn-pattern}]
6614   "@var{condition}"
6615   [@var{new-insn-pattern-1}
6616    @var{new-insn-pattern-2}
6617    @dots{}]
6618   "@var{preparation-statements}")
6619 @end smallexample
6620
6621 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6622 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6623 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6624 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6625 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6626 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6627
6628 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6629 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6630 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6631 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6632 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6633 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6634 must not allocate any space in the stack frame.
6635
6636 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6637 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6638 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6639 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6640 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6641 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6642 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6643 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6644 of those definitions.
6645
6646 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6647 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6648 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6649
6650 @smallexample
6651 (define_split
6652   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6653         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6654   ""
6655   [(set (match_dup 0)
6656         (ashift:SI (match_dup 1)
6657                    (const_int 16)))
6658    (set (match_dup 0)
6659         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6660                      (const_int 16)))]
6661   "
6662 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6663 @end smallexample
6664
6665 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6666 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6667 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6668 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6669 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6670 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6671 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6672 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6673 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6674 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6675
6676 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6677 @file{rs6000.md}:
6678
6679 @smallexample
6680 (define_split
6681   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6682         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6683                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6684   ""
6685   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6686    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6687 "
6688 @{
6689   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6690   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6691
6692   if (low & 0x8000)
6693     high++, low |= 0xffff0000;
6694
6695   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6696   operands[4] = GEN_INT (low);
6697 @}")
6698 @end smallexample
6699
6700 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6701 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6702 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6703 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6704
6705 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6706 an equality comparison of a register and a large constant:
6707
6708 @smallexample
6709 (define_split
6710   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6711         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6712                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6713    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6714   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6715    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6716        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6717   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6718    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6719   "
6720 @{
6721   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6722      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6723      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6724
6725   int c = INTVAL (operands[2]);
6726   int sextc = (c << 16) >> 16;
6727   int xorv = c ^ sextc;
6728
6729   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6730   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6731 @}")
6732 @end smallexample
6733
6734 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6735 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6736 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6737 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6738 are not valid.
6739
6740 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6741 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6742 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6743 several restriction apply.
6744
6745 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6746 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6747 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6748 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6749 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6750 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6751 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6752 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6753 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6754 forward jumps to the newly created labels.
6755
6756 @findex define_insn_and_split
6757 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6758 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6759 this:
6760
6761 @smallexample
6762 (define_insn_and_split
6763   [@var{insn-pattern}]
6764   "@var{condition}"
6765   "@var{output-template}"
6766   "@var{split-condition}"
6767   [@var{new-insn-pattern-1}
6768    @var{new-insn-pattern-2}
6769    @dots{}]
6770   "@var{preparation-statements}"
6771   [@var{insn-attributes}])
6772
6773 @end smallexample
6774
6775 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6776 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6777 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6778 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6779 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6780 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6781 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6782 from i386.md:
6783
6784 @smallexample
6785 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6786   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6787      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6788    (clobber (reg:CC 17))]
6789   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6790   "#"
6791   "&& reload_completed"
6792   [(parallel [(set (match_dup 0)
6793                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6794               (clobber (reg:CC 17))])]
6795   ""
6796   [(set_attr "type" "alu1")])
6797
6798 @end smallexample
6799
6800 In this case, the actual split condition will be
6801 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6802
6803 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6804 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6805 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6806 having to ensure the two patterns' templates match.
6807
6808 @end ifset
6809 @ifset INTERNALS
6810 @node Including Patterns
6811 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6812 @cindex insn includes
6813
6814 @findex include
6815 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6816 look for patterns that are in files other than in the file
6817 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6818
6819 It looks like:
6820
6821 @smallexample
6822
6823 (include
6824   @var{pathname})
6825 @end smallexample
6826
6827 For example:
6828
6829 @smallexample
6830
6831 (include "filestuff")
6832
6833 @end smallexample
6834
6835 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6836 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6837 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6838
6839
6840 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6841 and placed into subdirectories.
6842
6843 By specifying:
6844
6845 @smallexample
6846
6847 (include "BOGUS/filestuff")
6848
6849 @end smallexample
6850
6851 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6852
6853 Specifying an absolute path for the include file such as;
6854 @smallexample
6855
6856 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6857
6858 @end smallexample
6859 is permitted but is not encouraged.
6860
6861 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6862 @cindex directory options .md
6863 @cindex options, directory search
6864 @cindex search options
6865
6866 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6867 For example:
6868
6869 @smallexample
6870
6871 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6872
6873 @end smallexample
6874
6875
6876 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6877 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6878 file, substituting your own version, since these directories are
6879 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6880 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6881 order; the standard default directory come after.
6882
6883
6884 @end ifset
6885 @ifset INTERNALS
6886 @node Peephole Definitions
6887 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6888 @cindex peephole optimizer definitions
6889 @cindex defining peephole optimizers
6890
6891 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6892 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6893
6894 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6895 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6896 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6897 though the second one does not appear to use a register computed in the
6898 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6899 opportunities.
6900
6901 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6902 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6903 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6904 is deprecated.
6905
6906 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6907 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6908 but before scheduling, which may result in much better code for
6909 targets that do scheduling.
6910
6911 @menu
6912 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6913 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6914 @end menu
6915
6916 @end ifset
6917 @ifset INTERNALS
6918 @node define_peephole
6919 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6920 @findex define_peephole
6921
6922 @need 1000
6923 A definition looks like this:
6924
6925 @smallexample
6926 (define_peephole
6927   [@var{insn-pattern-1}
6928    @var{insn-pattern-2}
6929    @dots{}]
6930   "@var{condition}"
6931   "@var{template}"
6932   "@var{optional-insn-attributes}")
6933 @end smallexample
6934
6935 @noindent
6936 The last string operand may be omitted if you are not using any
6937 machine-specific information in this machine description.  If present,
6938 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6939
6940 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6941 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6942 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6943 the next, and so on.
6944
6945 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6946 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6947 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6948 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6949 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6950 stages.
6951
6952 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6953 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6954 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6955 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6956 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6957 other.
6958
6959 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6960 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6961 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6962 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6963 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6964
6965 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6966 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6967 previously tested.
6968
6969 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6970 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6971 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6972 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6973 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6974 patterns.
6975
6976 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6977 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6978 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6979 the operands.
6980
6981 @findex prev_active_insn
6982 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6983 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6984 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6985 to refer to the last of the insns being matched; use
6986 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6987
6988 @findex dead_or_set_p
6989 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6990 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6991 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6992 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6993 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6994 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6995 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6996
6997 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6998 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6999 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
7000 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
7001 used in matching the original sequence of insns.
7002
7003 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
7004 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
7005 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
7006 as the insn pattern to control how the insn is output.
7007
7008 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
7009 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
7010
7011 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
7012
7013 @smallexample
7014 (define_peephole
7015   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
7016    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
7017         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
7018   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
7019 @{
7020   rtx xoperands[2];
7021   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
7022 #ifdef MOTOROLA
7023   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
7024   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
7025   return "fmove.d (sp)+,%0";
7026 #else
7027   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
7028   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
7029   return "fmoved sp@@+,%0";
7030 #endif
7031 @})
7032 @end smallexample
7033
7034 @need 1000
7035 The effect of this optimization is to change
7036
7037 @smallexample
7038 @group
7039 jbsr _foobar
7040 addql #4,sp
7041 movel d1,sp@@-
7042 movel d0,sp@@-
7043 fmoved sp@@+,fp0
7044 @end group
7045 @end smallexample
7046
7047 @noindent
7048 into
7049
7050 @smallexample
7051 @group
7052 jbsr _foobar
7053 movel d1,sp@@
7054 movel d0,sp@@-
7055 fmoved sp@@+,fp0
7056 @end group
7057 @end smallexample
7058
7059 @ignore
7060 @findex CC_REVERSED
7061 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
7062 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
7063 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
7064 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
7065 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
7066 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
7067 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
7068 and in this C code check the condition code status flags and change the
7069 assembler code as appropriate.
7070 @end ignore
7071
7072 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
7073 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
7074 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
7075 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
7076 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
7077 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
7078 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
7079 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
7080 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
7081
7082 @smallexample
7083 (define_insn "divmodsi4"
7084   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7085         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7086                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7087    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7088         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7089   "TARGET_68020"
7090   "divsl%.l %2,%3:%0")
7091 @end smallexample
7092
7093 @noindent
7094 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
7095
7096 @smallexample
7097 (define_peephole
7098   [@dots{}
7099    (parallel
7100     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7101           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7102                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7103      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7104           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
7105    @dots{}]
7106   @dots{})
7107 @end smallexample
7108
7109 @end ifset
7110 @ifset INTERNALS
7111 @node define_peephole2
7112 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
7113 @findex define_peephole2
7114
7115 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
7116 substitute one sequence of instructions for another sequence,
7117 what additional scratch registers may be needed and what their
7118 lifetimes must be.
7119
7120 @smallexample
7121 (define_peephole2
7122   [@var{insn-pattern-1}
7123    @var{insn-pattern-2}
7124    @dots{}]
7125   "@var{condition}"
7126   [@var{new-insn-pattern-1}
7127    @var{new-insn-pattern-2}
7128    @dots{}]
7129   "@var{preparation-statements}")
7130 @end smallexample
7131
7132 The definition is almost identical to @code{define_split}
7133 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
7134 single instruction, but a sequence of instructions.
7135
7136 It is possible to request additional scratch registers for use in the
7137 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
7138 will simply not match.
7139
7140 @findex match_scratch
7141 @findex match_dup
7142 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
7143 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
7144 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
7145 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
7146 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
7147 at which the register must be available.
7148
7149 Here is an example from the IA-32 machine description:
7150
7151 @smallexample
7152 (define_peephole2
7153   [(match_scratch:SI 2 "r")
7154    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7155                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
7156                      [(match_dup 0)
7157                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
7158               (clobber (reg:CC 17))])]
7159   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
7160   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
7161    (parallel [(set (match_dup 0)
7162                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
7163               (clobber (reg:CC 17))])]
7164   "")
7165 @end smallexample
7166
7167 @noindent
7168 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
7169 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
7170 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
7171 to be live only at the point just before the arithmetic.
7172
7173 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
7174 so here's a silly made-up example:
7175
7176 @smallexample
7177 (define_peephole2
7178   [(match_scratch:SI 4 "r")
7179    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
7180    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
7181    (match_dup 4)
7182    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
7183   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
7184   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
7185    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
7186    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
7187    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
7188   "")
7189 @end smallexample
7190
7191 @noindent
7192 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
7193 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
7194 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
7195
7196 @end ifset
7197 @ifset INTERNALS
7198 @node Insn Attributes
7199 @section Instruction Attributes
7200 @cindex insn attributes
7201 @cindex instruction attributes
7202
7203 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
7204 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
7205 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
7206 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
7207 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
7208 to track the condition codes.
7209
7210 @menu
7211 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
7212 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
7213 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
7214 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
7215 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
7216 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
7217 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
7218 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
7219 @end menu
7220
7221 @end ifset
7222 @ifset INTERNALS
7223 @node Defining Attributes
7224 @subsection Defining Attributes and their Values
7225 @cindex defining attributes and their values
7226 @cindex attributes, defining
7227
7228 @findex define_attr
7229 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
7230 by the target machine.  It looks like:
7231
7232 @smallexample
7233 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
7234 @end smallexample
7235
7236 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
7237 Some attributes are used in a special way by the rest of the compiler. The
7238 @code{enabled} attribute can be used to conditionally enable or disable
7239 insn alternatives (@pxref{Disable Insn Alternatives}). The @code{predicable}
7240 attribute, together with a suitable @code{define_cond_exec}
7241 (@pxref{Conditional Execution}), can be used to automatically generate
7242 conditional variants of instruction patterns. The compiler internally uses
7243 the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled}, so they should not be
7244 used elsewhere as alternative names.
7245
7246 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
7247 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
7248 indicate that the attribute takes numeric values.
7249
7250 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
7251 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
7252 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
7253 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
7254 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
7255
7256 @findex insn-attr.h
7257 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
7258 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
7259 specified for an attribute, the following are defined:
7260
7261 @itemize @bullet
7262 @item
7263 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
7264
7265 @item
7266 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
7267 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
7268 the attribute name and value are first converted to uppercase.
7269
7270 @item
7271 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
7272 returns the attribute value for that insn.
7273 @end itemize
7274
7275 For example, if the following is present in the @file{md} file:
7276
7277 @smallexample
7278 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
7279 @end smallexample
7280
7281 @noindent
7282 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
7283
7284 @smallexample
7285 #define HAVE_ATTR_type
7286 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
7287                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
7288 extern enum attr_type get_attr_type ();
7289 @end smallexample
7290
7291 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
7292 defined and the function to obtain the attribute's value will return
7293 @code{int}.
7294
7295 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
7296 attributes are not free to use for other purposes:
7297
7298 @table @code
7299 @item length
7300 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
7301 code chunks.  This is especially important when verifying branch
7302 distances. @xref{Insn Lengths}.
7303
7304 @item enabled
7305 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
7306 alternatives of an insn definition from being used during code
7307 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
7308 @end table
7309
7310 @findex define_enum_attr
7311 @anchor{define_enum_attr}
7312 Another way of defining an attribute is to use:
7313
7314 @smallexample
7315 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
7316 @end smallexample
7317
7318 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
7319 the list of values is taken from a separate enumeration called
7320 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
7321 the same list of values for several attributes without having to
7322 repeat the list each time.  For example:
7323
7324 @smallexample
7325 (define_enum "processor" [
7326   model_a
7327   model_b
7328   @dots{}
7329 ])
7330 (define_enum_attr "arch" "processor"
7331   (const (symbol_ref "target_arch")))
7332 (define_enum_attr "tune" "processor"
7333   (const (symbol_ref "target_tune")))
7334 @end smallexample
7335
7336 defines the same attributes as:
7337
7338 @smallexample
7339 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
7340   (const (symbol_ref "target_arch")))
7341 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
7342   (const (symbol_ref "target_tune")))
7343 @end smallexample
7344
7345 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
7346 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
7347 defines a single C enum (@code{processor}).
7348 @end ifset
7349 @ifset INTERNALS
7350 @node Expressions
7351 @subsection Attribute Expressions
7352 @cindex attribute expressions
7353
7354 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
7355 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
7356 Attribute value expressions must have one of the following forms:
7357
7358 @table @code
7359 @cindex @code{const_int} and attributes
7360 @item (const_int @var{i})
7361 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
7362 must be non-negative.
7363
7364 The value of a numeric attribute can be specified either with a
7365 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
7366 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
7367 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
7368 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
7369
7370 @cindex @code{const_string} and attributes
7371 @item (const_string @var{value})
7372 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
7373 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
7374 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
7375 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
7376 of a @code{define_attr}.
7377
7378 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
7379 must be a string containing a non-negative integer (normally
7380 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
7381 contain one of the valid values for the attribute.
7382
7383 @cindex @code{if_then_else} and attributes
7384 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
7385 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
7386 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
7387 otherwise it is @var{false-value}.
7388
7389 @cindex @code{cond} and attributes
7390 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
7391 The first operand of this expression is a vector containing an even
7392 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
7393 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
7394 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
7395 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
7396 expression is that of the @var{default} expression.
7397 @end table
7398
7399 @var{test} expressions can have one of the following forms:
7400
7401 @table @code
7402 @cindex @code{const_int} and attribute tests
7403 @item (const_int @var{i})
7404 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
7405
7406 @cindex @code{not} and attributes
7407 @cindex @code{ior} and attributes
7408 @cindex @code{and} and attributes
7409 @item (not @var{test})
7410 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
7411 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
7412 These tests are true if the indicated logical function is true.
7413
7414 @cindex @code{match_operand} and attributes
7415 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
7416 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
7417 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
7418 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
7419 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
7420 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
7421 string).
7422
7423 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
7424
7425 @cindex @code{match_test} and attributes
7426 @item (match_test @var{c-expr})
7427 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
7428 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
7429
7430 @table @var
7431 @item insn
7432 The rtl instruction under test.
7433 @item which_alternative
7434 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
7435 @xref{Output Statement}.
7436 @item operands
7437 An array of @var{insn}'s rtl operands.
7438 @end table
7439
7440 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
7441 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
7442 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
7443
7444 @smallexample
7445 (match_test "x & 2")
7446 (match_test "(x & 2) != 0")
7447 @end smallexample
7448
7449 @cindex @code{le} and attributes
7450 @cindex @code{leu} and attributes
7451 @cindex @code{lt} and attributes
7452 @cindex @code{gt} and attributes
7453 @cindex @code{gtu} and attributes
7454 @cindex @code{ge} and attributes
7455 @cindex @code{geu} and attributes
7456 @cindex @code{ne} and attributes
7457 @cindex @code{eq} and attributes
7458 @cindex @code{plus} and attributes
7459 @cindex @code{minus} and attributes
7460 @cindex @code{mult} and attributes
7461 @cindex @code{div} and attributes
7462 @cindex @code{mod} and attributes
7463 @cindex @code{abs} and attributes
7464 @cindex @code{neg} and attributes
7465 @cindex @code{ashift} and attributes
7466 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
7467 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
7468 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
7469 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
7470 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
7471 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
7472 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
7473 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
7474 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
7475 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
7476 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
7477 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
7478 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
7479 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
7480 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
7481 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
7482 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
7483
7484 @findex get_attr
7485 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
7486 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
7487 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
7488 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
7489 variable.
7490
7491 @findex eq_attr
7492 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
7493 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
7494
7495 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
7496 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
7497 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
7498 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
7499 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
7500 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
7501 @emph{not} in the specified list.
7502
7503 For example,
7504
7505 @smallexample
7506 (eq_attr "type" "load,store")
7507 @end smallexample
7508
7509 @noindent
7510 is equivalent to
7511
7512 @smallexample
7513 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
7514 @end smallexample
7515
7516 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
7517 value of the compiler variable @code{which_alternative}
7518 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
7519 example,
7520
7521 @smallexample
7522 (eq_attr "alternative" "2,3")
7523 @end smallexample
7524
7525 @noindent
7526 is equivalent to
7527
7528 @smallexample
7529 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
7530      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
7531 @end smallexample
7532
7533 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
7534 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
7535 a particular pattern.  This is by far the most common case.
7536
7537 @findex attr_flag
7538 @item (attr_flag @var{name})
7539 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
7540 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
7541 scheduled.
7542
7543 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
7544 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
7545 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
7546 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
7547 if a conditional branch is expected to be taken.
7548
7549 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
7550 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
7551
7552 This example describes a conditional branch delay slot which
7553 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
7554 for backward branches which are not taken (annul-false).
7555
7556 @smallexample
7557 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
7558   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
7559    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7560         (attr_flag "forward"))
7561    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7562         (attr_flag "backward"))])
7563 @end smallexample
7564
7565 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
7566 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7567
7568 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
7569 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7570 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
7571 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7572
7573 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
7574 meaning to other passes of the compiler.
7575
7576 @findex attr
7577 @item (attr @var{name})
7578 The value of another attribute is returned.  This is most useful
7579 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
7580 produce more efficient code for non-numeric attributes.
7581 @end table
7582
7583 @end ifset
7584 @ifset INTERNALS
7585 @node Tagging Insns
7586 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
7587 @cindex tagging insns
7588 @cindex assigning attribute values to insns
7589
7590 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
7591 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
7592 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
7593 have an optional last argument to specify the values of attributes for
7594 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
7595 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
7596 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
7597 permits the specification of the values for only one or two attributes
7598 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
7599 next section.
7600
7601 The optional last argument of @code{define_insn} and
7602 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
7603 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
7604 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
7605 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
7606 second operand of the @code{set} is an attribute expression
7607 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
7608
7609 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
7610 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
7611 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
7612 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
7613 each alternative.
7614
7615 @findex set_attr
7616 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7617 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7618 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7619 of attribute values, one for each alternative.
7620
7621 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7622 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7623
7624 @table @code
7625 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7626 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7627 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7628 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7629 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7630
7631 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7632 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7633 that alternative.
7634
7635 @findex set_attr_alternative
7636 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7637 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7638 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7639 tests on the @samp{alternative} attribute.
7640
7641 @findex attr
7642 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7643 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7644 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7645 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7646 @end table
7647
7648 The following shows three different ways of representing the same
7649 attribute value specification:
7650
7651 @smallexample
7652 (set_attr "type" "load,store,arith")
7653
7654 (set_attr_alternative "type"
7655                       [(const_string "load") (const_string "store")
7656                        (const_string "arith")])
7657
7658 (set (attr "type")
7659      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7660             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7661            (const_string "arith")))
7662 @end smallexample
7663
7664 @need 1000
7665 @findex define_asm_attributes
7666 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7667 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7668 statement.  It has the form:
7669
7670 @smallexample
7671 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7672 @end smallexample
7673
7674 @noindent
7675 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7676 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7677
7678 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7679 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7680
7681 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7682 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7683 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7684 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7685 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7686 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7687 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7688 of a single machine instruction.
7689
7690 @end ifset
7691 @ifset INTERNALS
7692 @node Attr Example
7693 @subsection Example of Attribute Specifications
7694 @cindex attribute specifications example
7695 @cindex attribute specifications
7696
7697 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7698 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7699 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7700 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7701 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7702
7703 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7704 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7705 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7706 operations, floating point operations, and branches.
7707
7708 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7709 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7710 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7711 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7712 changed if the item previously set into the condition code has been
7713 modified.
7714
7715 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7716
7717 @smallexample
7718 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7719
7720 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7721              (cond [(eq_attr "type" "load")
7722                         (const_string "change0")
7723                     (eq_attr "type" "store,branch")
7724                         (const_string "unchanged")
7725                     (eq_attr "type" "arith")
7726                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7727                                       (const_string "set")
7728                                       (const_string "clobber"))]
7729                    (const_string "clobber")))
7730
7731 (define_insn ""
7732   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7733         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7734   ""
7735   "@@
7736    move %0,%1
7737    load %0,%1
7738    store %0,%1"
7739   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7740 @end smallexample
7741
7742 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7743 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7744 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7745 full-word result.
7746
7747 @end ifset
7748 @ifset INTERNALS
7749 @node Insn Lengths
7750 @subsection Computing the Length of an Insn
7751 @cindex insn lengths, computing
7752 @cindex computing the length of an insn
7753
7754 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7755 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7756 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7757 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7758 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7759 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7760
7761 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7762 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7763
7764 @table @code
7765 @cindex @code{match_dup} and attributes
7766 @item (match_dup @var{n})
7767 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7768 must be a @code{label_ref}.
7769
7770 @cindex @code{pc} and attributes
7771 @item (pc)
7772 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7773 been more consistent with other usage to make this the address of the
7774 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7775 current insn is to be computed.
7776 @end table
7777
7778 @cindex @code{addr_vec}, length of
7779 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7780 For normal insns, the length will be determined by value of the
7781 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7782 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7783 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7784
7785 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7786
7787 The following macros can be used to refine the length computation:
7788
7789 @table @code
7790 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7791 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7792 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7793 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7794 that contains the initially computed length of the insn and should be
7795 updated with the correct length of the insn.
7796
7797 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7798 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7799 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7800 may be required.
7801 @end table
7802
7803 @findex get_attr_length
7804 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7805 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7806 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7807 example below illustrates.
7808
7809 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7810 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7811 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7812 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7813 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7814
7815 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7816 as follows:
7817
7818 @smallexample
7819 (define_insn "jump"
7820   [(set (pc)
7821         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7822   ""
7823 @{
7824    return (get_attr_length (insn) == 4
7825            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7826 @}
7827   [(set (attr "length")
7828         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7829                       (const_int 4)
7830                       (const_int 6)))])
7831 @end smallexample
7832
7833 @end ifset
7834 @ifset INTERNALS
7835 @node Constant Attributes
7836 @subsection Constant Attributes
7837 @cindex constant attributes
7838
7839 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7840 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7841 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7842 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7843
7844 @smallexample
7845 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7846  (const
7847   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7848          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7849         (const_string "m88000"))))
7850
7851 (define_attr "memory" "fast,slow"
7852  (const
7853   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7854                 (const_string "fast")
7855                 (const_string "slow"))))
7856 @end smallexample
7857
7858 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7859 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7860 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7861 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7862 forms involving insn attributes.
7863
7864 @end ifset
7865 @ifset INTERNALS
7866 @node Delay Slots
7867 @subsection Delay Slot Scheduling
7868 @cindex delay slots, defining
7869
7870 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7871 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7872 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7873 after the instruction are executed as if they were located before it.
7874 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7875 the following instruction before the branch or call is performed.
7876
7877 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7878 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7879 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7880 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7881 annul if the branch is false are supported.
7882
7883 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7884 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7885 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7886 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7887 instruction scheduling.
7888
7889 @findex define_delay
7890 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7891 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7892
7893 @smallexample
7894 (define_delay @var{test}
7895               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7896                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7897                @dots{}])
7898 @end smallexample
7899
7900 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7901 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7902 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7903 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7904 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7905 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7906 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7907 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7908 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7909
7910 For example, in the common case where branch and call insns require
7911 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7912 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7913
7914 @smallexample
7915 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7916               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7917 @end smallexample
7918
7919 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7920 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7921 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7922 expressions are both true.
7923
7924 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7925 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7926 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7927 branch is true, we might represent this as follows:
7928
7929 @smallexample
7930 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7931    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7932     (eq_attr "type" "!branch,call")
7933     (nil)])
7934
7935 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7936               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7937                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7938 @end smallexample
7939 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7940
7941 @end ifset
7942 @ifset INTERNALS
7943 @node Processor pipeline description
7944 @subsection Specifying processor pipeline description
7945 @cindex processor pipeline description
7946 @cindex processor functional units
7947 @cindex instruction latency time
7948 @cindex interlock delays
7949 @cindex data dependence delays
7950 @cindex reservation delays
7951 @cindex pipeline hazard recognizer
7952 @cindex automaton based pipeline description
7953 @cindex regular expressions
7954 @cindex deterministic finite state automaton
7955 @cindex automaton based scheduler
7956 @cindex RISC
7957 @cindex VLIW
7958
7959 To achieve better performance, most modern processors
7960 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7961 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7962 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7963 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7964 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7965 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7966 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7967 MIPS processors).
7968
7969 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7970 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7971 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7972 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7973 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7974 are not available but will be ready in given time after the
7975 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7976 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7977 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7978 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7979 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7980 means that two instructions under execution will be in need of shared
7981 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7982 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7983 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7984 processors.
7985
7986 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7987 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7988 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7989 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7990 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7991 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7992 @dfn{regular expressions}.
7993
7994 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7995 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7996 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7997 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7998 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7999 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
8000 the instruction issue is possible if there is a transition from one
8001 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
8002 furthermore, its speed is not dependent on processor
8003 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
8004 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
8005 can split orthogonal parts of the machine description among several
8006 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
8007 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
8008
8009 @cindex automaton based pipeline description
8010 The rest of this section describes the directives that constitute
8011 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
8012 these constructions within the machine description file is not
8013 important.
8014
8015 @findex define_automaton
8016 @cindex pipeline hazard recognizer
8017 The following optional construction describes names of automata
8018 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
8019 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
8020 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
8021 units to the automata, the total size of the automata is usually
8022 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
8023 construction, only one finite state automaton is generated.
8024
8025 @smallexample
8026 (define_automaton @var{automata-names})
8027 @end smallexample
8028
8029 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
8030 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
8031 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
8032 @code{define_query_cpu_unit}.
8033
8034 @findex define_cpu_unit
8035 @cindex processor functional units
8036 Each processor functional unit used in the description of instruction
8037 reservations should be described by the following construction.
8038
8039 @smallexample
8040 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8041 @end smallexample
8042
8043 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
8044 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
8045 for other goals.
8046
8047 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8048 which the unit is bound.  The automaton should be described in
8049 construction @code{define_automaton}.  You should give
8050 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
8051
8052 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
8053 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
8054 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
8055 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
8056 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
8057 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
8058 description of the subsequent constructions.
8059
8060 @findex define_query_cpu_unit
8061 @cindex querying function unit reservations
8062 The following construction describes CPU functional units analogously
8063 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
8064 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
8065 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
8066 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
8067 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
8068 @acronym{VLIW} insn templates).
8069
8070 @smallexample
8071 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8072 @end smallexample
8073
8074 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
8075 separated by commas.
8076
8077 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8078 which the unit is bound.
8079
8080 @findex define_insn_reservation
8081 @cindex instruction latency time
8082 @cindex regular expressions
8083 @cindex data bypass
8084 The following construction is the major one to describe pipeline
8085 characteristics of an instruction.
8086
8087 @smallexample
8088 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
8089                          @var{condition} @var{regexp})
8090 @end smallexample
8091
8092 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
8093 instruction.  There is an important difference between the old
8094 description and the automaton based pipeline description.  The latency
8095 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
8096 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
8097 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
8098 zero and the cost of output dependencies is the difference between
8099 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
8100 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
8101 change the default costs for any description by using the target hook
8102 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
8103
8104 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
8105 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
8106 the automaton description file generated for debugging.  The internal
8107 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
8108 good practice to use insn classes described in the processor manual.
8109
8110 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
8111 construction.  You should remember that you will be in trouble if
8112 @var{condition} for two or more different
8113 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
8114 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
8115 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
8116 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
8117 the same value is quite difficult (especially if the conditions
8118 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
8119 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
8120 recognizer considerably.
8121
8122 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
8123 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
8124 expression according to the following syntax:
8125
8126 @smallexample
8127        regexp = regexp "," oneof
8128               | oneof
8129
8130        oneof = oneof "|" allof
8131              | allof
8132
8133        allof = allof "+" repeat
8134              | repeat
8135
8136        repeat = element "*" number
8137               | element
8138
8139        element = cpu_function_unit_name
8140                | reservation_name
8141                | result_name
8142                | "nothing"
8143                | "(" regexp ")"
8144 @end smallexample
8145
8146 @itemize @bullet
8147 @item
8148 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
8149 the reservation.
8150
8151 @item
8152 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
8153 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
8154 regular expression @strong{or} etc.
8155
8156 @item
8157 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
8158 regular expression @strong{and} a reservation described by the
8159 second regular expression @strong{and} etc.
8160
8161 @item
8162 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
8163 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
8164 advancing (see @samp{,}).
8165
8166 @item
8167 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
8168 functional unit.
8169
8170 @item
8171 @samp{reservation_name} --- see description of construction
8172 @samp{define_reservation}.
8173
8174 @item
8175 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
8176 @end itemize
8177
8178 @findex define_reservation
8179 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
8180 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
8181 the common part by the following construction
8182
8183 @smallexample
8184 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
8185 @end smallexample
8186
8187 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
8188 Functional unit names and reservation names are in the same name
8189 space.  So the reservation names should be different from the
8190 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
8191
8192 @findex define_bypass
8193 @cindex instruction latency time
8194 @cindex data bypass
8195 The following construction is used to describe exceptions in the
8196 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
8197
8198 @smallexample
8199 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
8200                [@var{guard}])
8201 @end smallexample
8202
8203 @var{number} defines when the result generated by the instructions
8204 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
8205 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
8206 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
8207 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
8208 For example:
8209 @smallexample
8210 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
8211 @end smallexample
8212 defines a bypass between instructions that start with
8213 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
8214 @samp{cpu1_load_}.
8215
8216 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
8217 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
8218 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
8219 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
8220 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
8221 of insn @samp{store} (not a stored value).
8222
8223 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
8224 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
8225 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
8226 bypass without the guard function is chosen.
8227
8228 @findex exclusion_set
8229 @findex presence_set
8230 @findex final_presence_set
8231 @findex absence_set
8232 @findex final_absence_set
8233 @cindex VLIW
8234 @cindex RISC
8235 The following five constructions are usually used to describe
8236 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
8237 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
8238 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
8239
8240 @smallexample
8241 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
8242 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8243 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8244 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8245 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8246 @end smallexample
8247
8248 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
8249 separated by commas.
8250
8251 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
8252 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
8253 separated by white-spaces.
8254
8255 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
8256 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
8257 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
8258 example, the construction is useful for describing processors
8259 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
8260 functional unit which can execute simultaneously only single floating
8261 point insns or only double floating point insns.
8262
8263 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
8264 functional unit in the first string can not be reserved unless at
8265 least one of pattern of units whose names are in the second string is
8266 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
8267 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
8268 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
8269 construction
8270
8271 @smallexample
8272 (presence_set "slot1" "slot0")
8273 @end smallexample
8274
8275 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8276 reservation.  In this case we could write
8277
8278 @smallexample
8279 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
8280 @end smallexample
8281
8282 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
8283 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
8284 done.  When an instruction is issued in given automaton state
8285 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
8286 state is changed.  The first state is a source state, the second one
8287 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
8288 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
8289 done on the result reservation.  This construction is useful to
8290 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
8291 For example, if we use
8292
8293 @smallexample
8294 (presence_set "slot1" "slot0")
8295 @end smallexample
8296
8297 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
8298 @samp{slot0} which is absent in the source state).
8299
8300 @smallexample
8301 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
8302 @end smallexample
8303
8304 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
8305
8306 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
8307 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
8308 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
8309 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
8310 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
8311 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
8312 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
8313 can be described as:
8314
8315 @smallexample
8316 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
8317 @end smallexample
8318
8319 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8320 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
8321 this case we could write
8322
8323 @smallexample
8324 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
8325 @end smallexample
8326
8327 All functional units mentioned in a set should belong to the same
8328 automaton.
8329
8330 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
8331 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
8332 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
8333
8334 @findex automata_option
8335 @cindex deterministic finite state automaton
8336 @cindex nondeterministic finite state automaton
8337 @cindex finite state automaton minimization
8338 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
8339 the following construction.
8340
8341 @smallexample
8342 (automata_option @var{options})
8343 @end smallexample
8344
8345 @var{options} is a string giving options which affect the generated
8346 code.  Currently there are the following options:
8347
8348 @itemize @bullet
8349 @item
8350 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
8351 only worth to do when we are debugging the description and need to
8352 look more accurately at reservations of states.
8353
8354 @item
8355 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
8356 automata.
8357
8358 @item
8359 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
8360 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
8361
8362 @item
8363 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
8364 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
8365 verification and debugging.
8366
8367 @item
8368 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
8369 non-critical errors.
8370
8371 @item
8372 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
8373 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
8374 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
8375 very expensive to construct.  This option is useful if the build
8376 process spends an unacceptably long time in genautomata.
8377
8378 @item
8379 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
8380 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
8381 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
8382 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
8383 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
8384 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
8385
8386 @item
8387 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behaviour of the generator when
8388 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
8389 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
8390 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
8391 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
8392 available only for these collapsed states.  This option is useful for
8393 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
8394 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
8395
8396 @item
8397 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
8398 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
8399 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
8400 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
8401 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
8402 huge automaton.
8403 @end itemize
8404
8405 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
8406 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
8407 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
8408 the following functional units.
8409
8410 @smallexample
8411 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
8412 (define_cpu_unit "port0, port1")
8413 @end smallexample
8414
8415 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
8416 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
8417 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
8418 are issued into the second pipeline.  Integer division and
8419 multiplication insns can be executed only in the second integer
8420 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
8421 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
8422 integer division insn can not be issued until the current division
8423 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
8424 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
8425 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
8426 incurred.  To describe all of this we could specify
8427
8428 @smallexample
8429 (define_cpu_unit "div")
8430
8431 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
8432                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
8433
8434 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
8435                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
8436
8437 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
8438                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
8439
8440 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
8441                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
8442
8443 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
8444 @end smallexample
8445
8446 To simplify the description we could describe the following reservation
8447
8448 @smallexample
8449 (define_reservation "finish" "port0|port1")
8450 @end smallexample
8451
8452 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
8453 construction
8454
8455 @smallexample
8456 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
8457                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
8458 @end smallexample
8459
8460
8461 @end ifset
8462 @ifset INTERNALS
8463 @node Conditional Execution
8464 @section Conditional Execution
8465 @cindex conditional execution
8466 @cindex predication
8467
8468 A number of architectures provide for some form of conditional
8469 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
8470 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
8471 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
8472 can be quite tedious to describe these forms directly in the
8473 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
8474
8475 @findex define_cond_exec
8476 @smallexample
8477 (define_cond_exec
8478   [@var{predicate-pattern}]
8479   "@var{condition}"
8480   "@var{output-template}")
8481 @end smallexample
8482
8483 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
8484 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
8485 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
8486 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
8487 alternative.
8488
8489 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
8490 pattern to match.
8491
8492 @findex current_insn_predicate
8493 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
8494 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
8495 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
8496 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
8497 In order to handle the general case, there is a global variable
8498 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
8499 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
8500
8501 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
8502 the @code{predicable} instruction attribute is made.
8503 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
8504 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
8505 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
8506 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
8507 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
8508 list of values.  If that is the case, the port should also define an
8509 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
8510 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
8511
8512 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
8513 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
8514 generated that matches a predicated version of the instruction.
8515 For example,
8516
8517 @smallexample
8518 (define_insn "addsi"
8519   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8520         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8521                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
8522   "@var{test1}"
8523   "add %2,%1,%0")
8524
8525 (define_cond_exec
8526   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
8527        (const_int 0))]
8528   "@var{test2}"
8529   "(%0)")
8530 @end smallexample
8531
8532 @noindent
8533 generates a new pattern
8534
8535 @smallexample
8536 (define_insn ""
8537   [(cond_exec
8538      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
8539      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8540           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8541                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
8542   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
8543   "(%3) add %2,%1,%0")
8544 @end smallexample
8545
8546 @end ifset
8547 @ifset INTERNALS
8548 @node Constant Definitions
8549 @section Constant Definitions
8550 @cindex constant definitions
8551 @findex define_constants
8552
8553 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
8554 can be a maintenance problem.
8555
8556 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
8557 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
8558 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
8559 if the corresponding value had been written instead.  You may use
8560 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
8561 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
8562 a different value.
8563
8564 To come back to the a29k load multiple example, instead of
8565
8566 @smallexample
8567 (define_insn ""
8568   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8569      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8570            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8571       (use (reg:SI 179))
8572       (clobber (reg:SI 179))])]
8573   ""
8574   "loadm 0,0,%1,%2")
8575 @end smallexample
8576
8577 You could write:
8578
8579 @smallexample
8580 (define_constants [
8581     (R_BP 177)
8582     (R_FC 178)
8583     (R_CR 179)
8584     (R_Q  180)
8585 ])
8586
8587 (define_insn ""
8588   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8589      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8590            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8591       (use (reg:SI R_CR))
8592       (clobber (reg:SI R_CR))])]
8593   ""
8594   "loadm 0,0,%1,%2")
8595 @end smallexample
8596
8597 The constants that are defined with a define_constant are also output
8598 in the insn-codes.h header file as #defines.
8599
8600 @cindex enumerations
8601 @findex define_c_enum
8602 You can also use the machine description file to define enumerations.
8603 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
8604 are visible to both the machine description file and the main C code.
8605
8606 The syntax is as follows:
8607
8608 @smallexample
8609 (define_c_enum "@var{name}" [
8610   @var{value0}
8611   @var{value1}
8612   @dots{}
8613   @var{valuen}
8614 ])
8615 @end smallexample
8616
8617 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
8618 in @file{insn-constants.h}:
8619
8620 @smallexample
8621 enum @var{name} @{
8622   @var{value0} = 0,
8623   @var{value1} = 1,
8624   @dots{}
8625   @var{valuen} = @var{n}
8626 @};
8627 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
8628 @end smallexample
8629
8630 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
8631 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
8632 file, just as if it had been declared with:
8633
8634 @smallexample
8635 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
8636 @end smallexample
8637
8638 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
8639 begins with @var{cname}.
8640
8641 You can split the enumeration definition into as many statements as
8642 you like.  The above example is directly equivalent to:
8643
8644 @smallexample
8645 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8646 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8647 @dots{}
8648 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8649 @end smallexample
8650
8651 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8652 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8653 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8654 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8655 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8656
8657 Some enumeration names have special significance to GCC:
8658
8659 @table @code
8660 @item unspecv
8661 @findex unspec_volatile
8662 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8663 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8664
8665 @smallexample
8666 (define_c_enum "unspecv" [
8667   UNSPECV_BLOCKAGE
8668 ])
8669 @end smallexample
8670
8671 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8672
8673 @smallexample
8674 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8675 @end smallexample
8676
8677 @item unspec
8678 @findex unspec
8679 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8680 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8681 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8682 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8683 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8684 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8685 for both.
8686 @end table
8687
8688 @findex define_enum
8689 @anchor{define_enum}
8690 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8691
8692 @smallexample
8693 (define_enum "@var{name}" [
8694   @var{value0}
8695   @var{value1}
8696   @dots{}
8697   @var{valuen}
8698 ])
8699 @end smallexample
8700
8701 This directive implies:
8702
8703 @smallexample
8704 (define_c_enum "@var{name}" [
8705   @var{cname}_@var{cvalue0}
8706   @var{cname}_@var{cvalue1}
8707   @dots{}
8708   @var{cname}_@var{cvaluen}
8709 ])
8710 @end smallexample
8711
8712 @findex define_enum_attr
8713 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8714 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8715 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8716 (@pxref{define_enum_attr}).
8717 @end ifset
8718 @ifset INTERNALS
8719 @node Iterators
8720 @section Iterators
8721 @cindex iterators in @file{.md} files
8722
8723 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8724 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8725 facilities to make this process easier.
8726
8727 @menu
8728 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8729 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8730 @end menu
8731
8732 @node Mode Iterators
8733 @subsection Mode Iterators
8734 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8735
8736 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8737 For example:
8738
8739 @itemize @bullet
8740 @item
8741 If a processor has hardware support for both single and double
8742 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8743 very similar to the @code{DFmode} ones.
8744
8745 @item
8746 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8747 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8748 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8749 @end itemize
8750
8751 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8752 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8753 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8754 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8755
8756 @menu
8757 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8758 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8759 * Examples::                Examples
8760 @end menu
8761
8762 @node Defining Mode Iterators
8763 @subsubsection Defining Mode Iterators
8764 @findex define_mode_iterator
8765
8766 The syntax for defining a mode iterator is:
8767
8768 @smallexample
8769 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8770 @end smallexample
8771
8772 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8773 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8774 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8775 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8776 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8777 C condition will also require that @var{condi} be true.
8778
8779 For example:
8780
8781 @smallexample
8782 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8783 @end smallexample
8784
8785 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8786 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8787 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8788 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8789 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8790
8791 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8792 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8793 to @code{@var{mode}}.  For example:
8794
8795 @smallexample
8796 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8797 @end smallexample
8798
8799 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8800 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8801
8802 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8803 significant if two iterators are used in a construct that requires
8804 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8805
8806 @node Substitutions
8807 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8808 @findex define_mode_attr
8809
8810 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8811 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8812 example:
8813
8814 @itemize @bullet
8815 @item
8816 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8817 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8818 appropriate mode name for @var{m}.
8819
8820 @item
8821 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8822 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8823
8824 @item
8825 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8826 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8827 mode for the other operand(s).
8828 @end itemize
8829
8830 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8831 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8832 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8833 upper case.  You can define other attributes using:
8834
8835 @smallexample
8836 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8837 @end smallexample
8838
8839 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8840 is the value associated with @var{modei}.
8841
8842 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8843 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8844 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8845 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8846 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8847 value.
8848
8849 For example, suppose an @file{.md} file has:
8850
8851 @smallexample
8852 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8853 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8854 @end smallexample
8855
8856 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8857 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8858 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8859 @code{"ld\t%0,%1"}.
8860
8861 Here is an example of using an attribute for a mode:
8862
8863 @smallexample
8864 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8865 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8866 (define_insn @dots{}
8867   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8868 @end smallexample
8869
8870 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8871 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8872
8873 @node Examples
8874 @subsubsection Mode Iterator Examples
8875
8876 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8877 modes and attributes (among others):
8878
8879 @smallexample
8880 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8881 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8882 @end smallexample
8883
8884 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8885 and @code{subdi3}:
8886
8887 @smallexample
8888 (define_insn "sub<mode>3"
8889   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8890         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8891                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8892   ""
8893   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8894   [(set_attr "type" "arith")
8895    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8896 @end smallexample
8897
8898 This is exactly equivalent to:
8899
8900 @smallexample
8901 (define_insn "subsi3"
8902   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8903         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8904                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8905   ""
8906   "subu\t%0,%1,%2"
8907   [(set_attr "type" "arith")
8908    (set_attr "mode" "SI")])
8909
8910 (define_insn "subdi3"
8911   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8912         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8913                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8914   ""
8915   "dsubu\t%0,%1,%2"
8916   [(set_attr "type" "arith")
8917    (set_attr "mode" "DI")])
8918 @end smallexample
8919
8920 @node Code Iterators
8921 @subsection Code Iterators
8922 @cindex code iterators in @file{.md} files
8923 @findex define_code_iterator
8924 @findex define_code_attr
8925
8926 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8927
8928 The construct:
8929
8930 @smallexample
8931 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8932 @end smallexample
8933
8934 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8935 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8936 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8937
8938 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8939 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8940 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8941 @xref{Defining Mode Iterators}.
8942
8943 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8944 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8945 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8946 Other attributes are defined using:
8947
8948 @smallexample
8949 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8950 @end smallexample
8951
8952 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8953
8954 @smallexample
8955 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8956                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8957
8958 (define_expand "b<code>"
8959   [(set (pc)
8960         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8961                                    (const_int 0))
8962                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8963                       (pc)))]
8964   ""
8965 @{
8966   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8967   DONE;
8968 @})
8969 @end smallexample
8970
8971 This is equivalent to:
8972
8973 @smallexample
8974 (define_expand "bunordered"
8975   [(set (pc)
8976         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8977                                     (const_int 0))
8978                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8979                       (pc)))]
8980   ""
8981 @{
8982   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8983   DONE;
8984 @})
8985
8986 (define_expand "bordered"
8987   [(set (pc)
8988         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8989                                   (const_int 0))
8990                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8991                       (pc)))]
8992   ""
8993 @{
8994   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8995   DONE;
8996 @})
8997
8998 @dots{}
8999 @end smallexample
9000
9001 @end ifset