OSDN Git Service

Delete VEC_INTERLEAVE_*_EXPR.
[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_init@var{m}} instruction pattern
4163 @item @samp{vec_init@var{m}}
4164 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4165 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4166
4167 @cindex @code{vcond@var{m}@var{n}} instruction pattern
4168 @item @samp{vcond@var{m}@var{n}}
4169 Output a conditional vector move.  Operand 0 is the destination to
4170 receive a combination of operand 1 and operand 2, which are of mode @var{m},
4171 dependent on the outcome of the predicate in operand 3 which is a
4172 vector comparison with operands of mode @var{n} in operands 4 and 5.  The
4173 modes @var{m} and @var{n} should have the same size.  Operand 0
4174 will be set to the value @var{op1} & @var{msk} | @var{op2} & ~@var{msk}
4175 where @var{msk} is computed by element-wise evaluation of the vector
4176 comparison with a truth value of all-ones and a false value of all-zeros.
4177
4178 @cindex @code{vec_perm@var{m}} instruction pattern
4179 @item @samp{vec_perm@var{m}}
4180 Output a (variable) vector permutation.  Operand 0 is the destination
4181 to receive elements from operand 1 and operand 2, which are of mode
4182 @var{m}.  Operand 3 is the @dfn{selector}.  It is an integral mode
4183 vector of the same width and number of elements as mode @var{m}.
4184
4185 The input elements are numbered from 0 in operand 1 through
4186 @math{2*@var{N}-1} in operand 2.  The elements of the selector must
4187 be computed modulo @math{2*@var{N}}.  Note that if
4188 @code{rtx_equal_p(operand1, operand2)}, this can be implemented
4189 with just operand 1 and selector elements modulo @var{N}.
4190
4191 In order to make things easy for a number of targets, if there is no
4192 @samp{vec_perm} pattern for mode @var{m}, but there is for mode @var{q}
4193 where @var{q} is a vector of @code{QImode} of the same width as @var{m},
4194 the middle-end will lower the mode @var{m} @code{VEC_PERM_EXPR} to
4195 mode @var{q}.
4196
4197 @cindex @code{vec_perm_const@var{m}} instruction pattern
4198 @item @samp{vec_perm_const@var{m}}
4199 Like @samp{vec_perm} except that the permutation is a compile-time
4200 constant.  That is, operand 3, the @dfn{selector}, is a @code{CONST_VECTOR}.
4201
4202 Some targets cannot perform a permutation with a variable selector,
4203 but can efficiently perform a constant permutation.  Further, the
4204 target hook @code{vec_perm_ok} is queried to determine if the 
4205 specific constant permutation is available efficiently; the named
4206 pattern is never expanded without @code{vec_perm_ok} returning true.
4207
4208 There is no need for a target to supply both @samp{vec_perm@var{m}}
4209 and @samp{vec_perm_const@var{m}} if the former can trivially implement
4210 the operation with, say, the vector constant loaded into a register.
4211
4212 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4213 @item @samp{push@var{m}1}
4214 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4215 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4216 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4217 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4218 method is deprecated.
4219
4220 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4221 @item @samp{add@var{m}3}
4222 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4223 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4224 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4225
4226 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4227 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4228 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4229 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4230 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4231 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4232 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4233 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4234 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4235 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4236 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4237 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4238 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4239 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4240 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4241 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4242 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4243 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4244 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4245 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4246 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4247 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4248 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4249 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4250 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4251 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4252 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4253 Similar, for other arithmetic operations.
4254
4255 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4256 @item @samp{fma@var{m}4}
4257 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4258 result in operand 0.  All operands must have mode @var{m}.  This
4259 pattern is used to implement the @code{fma}, @code{fmaf}, and
4260 @code{fmal} builtin functions from the ISO C99 standard.  The
4261 @code{fma} operation may produce different results than doing the
4262 multiply followed by the add if the machine does not perform a
4263 rounding step between the operations.
4264
4265 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4266 @item @samp{fms@var{m}4}
4267 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4268 product instead of added to the product.  This is represented
4269 in the rtl as
4270
4271 @smallexample
4272 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4273 @end smallexample
4274
4275 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4276 @item @samp{fnma@var{m}4}
4277 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4278 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4279 in the rtl as
4280
4281 @smallexample
4282 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4283 @end smallexample
4284
4285 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4286 @item @samp{fnms@var{m}4}
4287 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4288 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4289 in the rtl as
4290
4291 @smallexample
4292 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4293 @end smallexample
4294
4295 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4296 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4297 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4298 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4299 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4300 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4301
4302 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4303 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4304 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4305 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4306 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4307 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4308 modes.
4309
4310 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4311 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4312 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4313 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4314 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4315 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4316 modes.
4317
4318 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4319 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4320 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4321 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4322 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4323
4324 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4325 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4326 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4327 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4328 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4329
4330 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4331 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4332 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4333 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4334 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4335 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4336 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4337 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4338 is of the same mode as operand 3.
4339
4340 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4341 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4342 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4343 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4344 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4345 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4346 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4347 of a wider mode.)
4348
4349 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4350 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4351 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4352 Whole vector left/right shift in bits.
4353 Operand 1 is a vector to be shifted.
4354 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4355 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4356 The output and input vectors should have the same modes.
4357
4358 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4359 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4360 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4361 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4362 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4363 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4364
4365 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4366 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4367 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4368 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4369 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4370 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4371 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4372 saturating arithmetic.
4373
4374 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4375 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4376 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4377 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4378 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4379 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4380 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4381
4382 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4383 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4384 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4385 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4386 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4387 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4388 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4389 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4390
4391 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4392 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4393 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4394 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4395 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4396 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4397 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4398
4399 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4400 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4401 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4402 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4403 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4404 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4405 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4406 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4407 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4408 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4409 the output vector (operand 0).
4410
4411 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4412 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4413 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4414 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4415 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4416 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4417 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4418 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4419 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4420 output vector (operand 0).
4421
4422 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4423 @cindex @code{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4424 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}} instruction pattern
4425 @cindex @code{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}} instruction pattern
4426 @item @samp{vec_widen_ushiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_ushiftl_lo_@var{m}}
4427 @itemx @samp{vec_widen_sshiftl_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_sshiftl_lo_@var{m}}
4428 Signed/Unsigned widening shift left.  The first input (operand 1) is a vector
4429 with N signed/unsigned elements of size S@.  Operand 2 is a constant.  Shift
4430 the high/low elements of operand 1, and put the N/2 results of size 2*S in the
4431 output vector (operand 0).
4432
4433 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4434 @item @samp{mulhisi3}
4435 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4436 a @code{SImode} product in operand 0.
4437
4438 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4439 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4440 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4441 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4442
4443 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4444 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4445 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4446 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4447 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4448 multiplication.
4449
4450 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4451 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4452 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4453 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4454 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4455 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4456 multiplication.
4457
4458 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4459 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4460 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4461 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4462 The least significant half of the product is discarded.
4463
4464 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4465 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4466 Similar, but the multiplication is unsigned.
4467
4468 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4469 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4470 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4471 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4472 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4473 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4474 the size of @var{m}.
4475
4476 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4477 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4478
4479 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4480
4481 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4482 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4483 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4484 operands instead of sign-extending them.
4485
4486 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4487 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4488 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4489 signed-saturating.
4490
4491 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4492 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4493 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4494 unsigned-saturating.
4495
4496 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4497 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4498 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4499 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4500 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4501 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4502 the size of @var{m}.
4503
4504 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4505 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4506 from operand 3.
4507
4508 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4509
4510 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4511 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4512 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4513 operands instead of sign-extending them.
4514
4515 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4516 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4517 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4518 signed-saturating.
4519
4520 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4521 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4522 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4523 unsigned-saturating.
4524
4525 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4526 @item @samp{divmod@var{m}4}
4527 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4528 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4529 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4530
4531 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4532 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4533 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4534 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4535 and remainder are computed.
4536
4537 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4538 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4539 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4540 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4541 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4542
4543 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4544 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4545 Similar, but does unsigned division.
4546
4547 @anchor{shift patterns}
4548 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4549 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4550 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4551 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4552 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4553 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4554 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4555 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4556 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4557 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4558 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4559
4560 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4561 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4562 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4563 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4564 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4565 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4566 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4567
4568 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4569 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4570 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4571 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4572 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4573 @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}
4574 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4575 instead of a scalar type.
4576
4577 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4578 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4579 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4580 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4581 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4582
4583 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4584 @item @samp{abs@var{m}2}
4585 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4586
4587 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4588 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4589 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4590
4591 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4592 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4593 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4594 type @code{float}.
4595
4596 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4597 @item @samp{fmod@var{m}3}
4598 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4599 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4600
4601 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4602 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4603 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4604 type @code{float}.
4605
4606 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4607 @item @samp{remainder@var{m}3}
4608 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4609 operand 0, rounded to the nearest integer.
4610
4611 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4612 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4613 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4614 to the C data type @code{float}.
4615
4616 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4617 @item @samp{cos@var{m}2}
4618 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4619
4620 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4621 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4622 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4623 type @code{float}.
4624
4625 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4626 @item @samp{sin@var{m}2}
4627 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4628
4629 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4630 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4631 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4632 type @code{float}.
4633
4634 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4635 @item @samp{exp@var{m}2}
4636 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4637
4638 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4639 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4640 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4641 type @code{float}.
4642
4643 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4644 @item @samp{log@var{m}2}
4645 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4646
4647 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4648 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4649 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4650 type @code{float}.
4651
4652 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4653 @item @samp{pow@var{m}3}
4654 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4655 into operand 0.
4656
4657 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4658 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4659 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4660 type @code{float}.
4661
4662 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4663 @item @samp{atan2@var{m}3}
4664 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4665 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4666 determine the quadrant of the result.
4667
4668 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4669 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4670 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4671 type @code{float}.
4672
4673 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4674 @item @samp{floor@var{m}2}
4675 Store the largest integral value not greater than argument.
4676
4677 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4678 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4679 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4680 type @code{float}.
4681
4682 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4683 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4684 Store the argument rounded to integer towards zero.
4685
4686 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4687 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4688 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4689 type @code{float}.
4690
4691 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4692 @item @samp{round@var{m}2}
4693 Store the argument rounded to integer away from zero.
4694
4695 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4696 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4697 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4698 type @code{float}.
4699
4700 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4701 @item @samp{ceil@var{m}2}
4702 Store the argument rounded to integer away from zero.
4703
4704 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4705 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4706 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4707 type @code{float}.
4708
4709 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4710 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4711 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4712
4713 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4714 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4715 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4716 type @code{float}.
4717
4718 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4719 @item @samp{rint@var{m}2}
4720 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4721 raise the inexact exception when the result differs in value from
4722 the argument
4723
4724 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4725 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4726 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4727 type @code{float}.
4728
4729 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4730 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4731 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4732 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4733 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4734
4735 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4736 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
4737 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4738 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4739 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4740
4741 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4742 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
4743 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4744 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4745 operand 0 (which has mode @var{n}).
4746
4747 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4748 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
4749 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4750 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4751 operand 0 (which has mode @var{n}).
4752
4753 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4754 @item @samp{copysign@var{m}3}
4755 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4756 2 into operand 0.
4757
4758 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4759 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4760 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4761 type @code{float}.
4762
4763 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4764 @item @samp{ffs@var{m}2}
4765 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4766 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4767 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4768 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4769 generating the instruction.
4770
4771 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4772 corresponds to the C data type @code{int}.
4773
4774 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4775 @item @samp{clz@var{m}2}
4776 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4777 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4778 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4779 the result is undefined or has a useful value.
4780 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4781 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4782 operand to that mode before generating the instruction.
4783
4784 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4785 @item @samp{ctz@var{m}2}
4786 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4787 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4788 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4789 the result is undefined or has a useful value.
4790 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4791 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4792 operand to that mode before generating the instruction.
4793
4794 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4795 @item @samp{popcount@var{m}2}
4796 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4797 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4798 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4799 generating the instruction.
4800
4801 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4802 @item @samp{parity@var{m}2}
4803 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4804 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4805 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4806 the operand to that mode before generating the instruction.
4807
4808 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4809 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4810 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4811
4812 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4813 @item @samp{movmem@var{m}}
4814 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4815 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4816 address in mode @code{Pmode}.
4817
4818 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4819 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4820 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4821 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4822 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4823 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4824 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4825
4826 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4827 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4828 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4829 it may provide the value 4 for this operand.
4830
4831 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4832 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4833 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4834 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4835 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4836
4837 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4838 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4839 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4840 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4841 individually moved data units in the block.
4842
4843 These patterns need not give special consideration to the possibility
4844 that the source and destination strings might overlap.
4845
4846 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4847 @item @samp{movstr}
4848 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4849 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4850 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4851 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4852 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4853 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4854
4855 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4856 @item @samp{setmem@var{m}}
4857 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4858 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4859 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4860 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4861 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4862 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4863
4864 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4865 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4866 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4867 operand.
4868
4869 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4870 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4871 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4872 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4873 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4874
4875 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4876
4877 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4878 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4879 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4880 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4881 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4882 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4883 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4884 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4885 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4886 comparison terminates early if the fetched bytes are different or if
4887 they are equal to zero.  The effect of the instruction is to store a
4888 value in operand 0 whose sign indicates the result of the comparison.
4889
4890 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4891 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4892 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4893 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4894 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4895 @code{Pmode}.
4896
4897 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4898 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4899 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4900 it may provide the value 4 for this operand.
4901
4902 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4903 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4904 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4905 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4906 cause a fault.  The comparison will terminate when the fetched bytes
4907 are different or if they are equal to zero.  The effect of the
4908 instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates the
4909 result of the comparison.
4910
4911 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4912 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4913 Block compare instruction, with five operands like the operands
4914 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4915 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4916 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4917 any bytes in the two memory blocks.  Also unlike @samp{cmpstr@var{m}}
4918 the comparison will not stop if both bytes are zero.  The effect of
4919 the instruction is to store a value in operand 0 whose sign indicates
4920 the result of the comparison.
4921
4922 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4923 @item @samp{strlen@var{m}}
4924 Compute the length of a string, with three operands.
4925 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4926 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4927 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4928 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4929 of the beginning of the string.
4930
4931 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4932 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4933 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4934 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4935 @var{n}).
4936
4937 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4938 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4939 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4940 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4941 @var{n}).
4942
4943 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4944 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4945 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4946 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4947 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4948 the value of operand 1 is an integer.
4949
4950 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4951 define the @code{ftrunc} pattern.
4952
4953 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4954 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4955 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4956 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4957 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4958 value of operand 1 is an integer.
4959
4960 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4961 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4962 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4963 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4964 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4965
4966 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4967 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4968 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4969 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4970
4971 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4972 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4973 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4974 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4975
4976 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4977 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4978 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4979 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4980 point or both floating point.
4981
4982 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4983 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4984 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4985 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4986 point or both floating point.
4987
4988 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4989 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4990 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4991 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4992 point.
4993
4994 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4995 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4996 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4997 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4998 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4999 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
5000 or fixed-point to floating-point.
5001 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5002
5003 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5004 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
5005 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5006 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5007 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
5008 or floating-point to fixed-point.
5009 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5010 results to the maximum or the minimum.
5011
5012 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5013 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
5014 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
5015 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
5016 could be unsigned integer to fixed-point, or
5017 fixed-point to unsigned integer.
5018 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
5019
5020 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
5021 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
5022 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
5023 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
5024 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
5025 results to the maximum or the minimum.
5026
5027 @cindex @code{extv} instruction pattern
5028 @item @samp{extv}
5029 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
5030 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
5031 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
5032 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
5033 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
5034 be valid for @code{word_mode}.
5035
5036 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5037 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
5038
5039 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
5040 before it is stored in operand 0.
5041
5042 @cindex @code{extzv} instruction pattern
5043 @item @samp{extzv}
5044 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
5045
5046 @cindex @code{insv} instruction pattern
5047 @item @samp{insv}
5048 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
5049 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
5050 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
5051 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
5052 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
5053
5054 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
5055 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
5056
5057 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
5058 @item @samp{mov@var{mode}cc}
5059 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
5060 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
5061 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
5062
5063 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
5064 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
5065 conditionally move an integer value based on the floating point condition
5066 codes and vice versa.
5067
5068 If the machine does not have conditional move instructions, do not
5069 define these patterns.
5070
5071 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
5072 @item @samp{add@var{mode}cc}
5073 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
5074 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
5075 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
5076 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
5077
5078 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
5079 @item @samp{cstore@var{mode}4}
5080 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
5081 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
5082 are the first and second operand of the comparison, respectively.
5083 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
5084 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
5085 mode you have used and supplies an operand of that mode.
5086
5087 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
5088 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
5089 you should omit it from the machine description.  You describe to the
5090 compiler exactly which value is stored by defining the macro
5091 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
5092 found that can be used for all the possible comparison operators, you
5093 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
5094 onto the one you chose.
5095
5096 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
5097 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
5098 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
5099 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
5100 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
5101 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
5102
5103 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
5104 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
5105 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
5106 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
5107 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
5108 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
5109 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
5110 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
5111 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
5112 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
5113 from the machine description.
5114
5115 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
5116 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
5117 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
5118 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
5119 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
5120 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
5121
5122 @cindex @code{jump} instruction pattern
5123 @item @samp{jump}
5124 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
5125 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
5126 on all machines.
5127
5128 @cindex @code{call} instruction pattern
5129 @item @samp{call}
5130 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
5131 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
5132 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
5133 operands.
5134
5135 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
5136 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
5137 to put this information into the assembler code; they can put it in
5138 the RTL instead of operand 1.
5139
5140 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
5141 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
5142 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
5143 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
5144 instruction, the pattern for this operation should be a
5145 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
5146 address into a register and uses that register in the call instruction.
5147
5148 @cindex @code{call_value} instruction pattern
5149 @item @samp{call_value}
5150 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
5151 register in which the value is returned.  There are three more
5152 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
5153 instruction (but with numbers increased by one).
5154
5155 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
5156 insn.
5157
5158 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
5159 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
5160 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
5161 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
5162 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
5163 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
5164 adjustment made to the frame pointer.
5165
5166 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
5167 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
5168 can be eliminated, if desired.
5169
5170 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
5171 @item @samp{untyped_call}
5172 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
5173 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
5174 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
5175 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5176 the saving of a function return value into the result block.
5177
5178 This instruction pattern should be defined to support
5179 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
5180 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
5181 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
5182 multiple registers that can hold a return value
5183 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
5184
5185 @cindex @code{return} instruction pattern
5186 @item @samp{return}
5187 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5188 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5189 from a function.
5190
5191 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
5192 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
5193 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
5194 some class of functions only requires one instruction to implement a
5195 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
5196 to save any registers or allocate stack space.
5197
5198 It is valid for this pattern to expand to an instruction using
5199 @code{simple_return} if no epilogue is required.
5200
5201 @cindex @code{simple_return} instruction pattern
5202 @item @samp{simple_return}
5203 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
5204 defined only if a single instruction can do all the work of returning
5205 from a function on a path where no epilogue is required.  This pattern
5206 is very similar to the @code{return} instruction pattern, but it is emitted
5207 only by the shrink-wrapping optimization on paths where the function
5208 prologue has not been executed, and a function return should occur without
5209 any of the effects of the epilogue.  Additional uses may be introduced on
5210 paths where both the prologue and the epilogue have executed.
5211
5212 @findex reload_completed
5213 @findex leaf_function_p
5214 For such machines, the condition specified in this pattern should only
5215 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
5216 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
5217 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
5218 a register window push is required.
5219
5220 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5221 such as
5222
5223 @smallexample
5224 (define_insn ""
5225   [(set (pc)
5226         (if_then_else (match_operator
5227                          0 "comparison_operator"
5228                          [(cc0) (const_int 0)])
5229                       (return)
5230                       (pc)))]
5231   "@var{condition}"
5232   "@dots{}")
5233 @end smallexample
5234
5235 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5236 named @samp{return} pattern.
5237
5238 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5239 @item @samp{untyped_return}
5240 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5241 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5242 instructions are needed to return a value of any type.
5243
5244 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5245 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5246 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5247 the restoring of a function return value from the result block.
5248
5249 @cindex @code{nop} instruction pattern
5250 @item @samp{nop}
5251 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5252 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5253 RTL pattern.
5254
5255 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5256 @item @samp{indirect_jump}
5257 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5258 This pattern name is mandatory on all machines.
5259
5260 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5261 @item @samp{casesi}
5262 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5263 This instruction takes five operands:
5264
5265 @enumerate
5266 @item
5267 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5268
5269 @item
5270 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5271
5272 @item
5273 The total range of indices in the table---the largest index
5274 minus the smallest one (both inclusive).
5275
5276 @item
5277 A label that precedes the table itself.
5278
5279 @item
5280 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5281 @end enumerate
5282
5283 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5284 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
5285 difference between the upper bound and the lower bound.
5286
5287 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5288 @item @samp{tablejump}
5289 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5290 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5291 is no @samp{casesi} pattern.
5292
5293 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5294 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5295 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5296 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5297 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5298 mode @code{Pmode}.
5299
5300 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5301 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5302 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5303 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5304
5305
5306 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5307 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5308 Conditional branch instruction that decrements a register and
5309 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5310 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5311 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5312
5313 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5314 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5315 reduction is enabled.
5316
5317 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5318 @item @samp{doloop_end}
5319 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
5320 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
5321 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
5322 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
5323 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
5324 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
5325 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
5326 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
5327 @xref{Looping Patterns}.
5328
5329 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5330 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5331 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
5332 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5333 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
5334 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
5335 too large for this instruction, make it fail.
5336
5337 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5338 @item @samp{doloop_begin}
5339 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5340 need to perform some initialization, such as loading special registers
5341 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
5342 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
5343 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5344
5345
5346 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5347 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5348 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5349 into operand 0.
5350
5351 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5352 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5353 and also has mode @code{Pmode}.
5354
5355 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5356 the address of the function which would be called if the function
5357 pointer were used in an indirect call.
5358
5359 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5360 can have different values but still call the same function when
5361 used in an indirect call.
5362
5363 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5364 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5365 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5366 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5367 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5368 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5369 @item @samp{save_stack_block}
5370 @itemx @samp{save_stack_function}
5371 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5372 @itemx @samp{restore_stack_block}
5373 @itemx @samp{restore_stack_function}
5374 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5375 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5376 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5377 such machines.
5378
5379 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5380 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5381 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5382 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5383 saves and restores are:
5384
5385 @enumerate
5386 @item
5387 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5388 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5389 restores the stack pointer when the block is exited.
5390
5391 @item
5392 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5393 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5394 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5395 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5396 restore sequence on some machines.
5397
5398 @item
5399 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5400 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5401 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5402 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5403 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5404 and restoring additional data such as register window information or
5405 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5406 such required data.
5407 @end enumerate
5408
5409 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5410 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5411 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5412 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5413 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5414 for a particular type of save (either because no save is needed or
5415 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5416 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5417 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5418 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5419
5420 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5421 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5422 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5423
5424 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5425 @item @samp{allocate_stack}
5426 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5427 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5428
5429 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5430 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5431 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5432 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5433 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5434 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5435 stack is free.
5436
5437 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5438 Some machines require other operations such as stack probes or
5439 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5440 operations in addition to updating the stack pointer.
5441
5442 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5443 @item @samp{check_stack}
5444 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5445 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5446 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5447 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5448 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5449 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5450
5451 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5452 @item @samp{probe_stack}
5453 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5454 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5455 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5456 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5457 in the stack that needs to be probed.
5458
5459 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5460 @item @samp{nonlocal_goto}
5461 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5462 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5463 each representing a value to be used in the jump.  The first
5464 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5465 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5466 the third is the address of a location where the stack is saved,
5467 and the last is the address of the label, to be placed in the
5468 location for the incoming static chain.
5469
5470 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5471 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5472 and static chain, restore the stack (using the
5473 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5474 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5475 not work on your machine.
5476
5477 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5478 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5479 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5480 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5481 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5482 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5483 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5484 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5485 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5486 There are no arguments.
5487
5488 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5489 @item @samp{exception_receiver}
5490 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5491 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5492 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5493 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5494 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5495 an exception.  There are no arguments.
5496
5497 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5498 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5499 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5500 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5501 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5502 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5503 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5504 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5505 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5506 the first three are normally used by the generic mechanism.
5507
5508 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5509 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5510 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5511 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5512 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5513 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5514 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5515 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5516 at a small offset from that label.
5517
5518 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5519 @item @samp{builtin_longjmp}
5520 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5521 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5522 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5523 @code{jmp_buf}.
5524
5525 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5526 @item @samp{eh_return}
5527 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5528 and thence the call frame exception handling library routines, are
5529 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5530 the abnormal return path.
5531
5532 The address of the exception handler to which the function should return
5533 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5534 the pattern to some special register or memory location.
5535 If the pattern needs to determine the location of the target call
5536 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5537 if defined; it will have already been assigned.
5538
5539 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5540 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5541 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5542 handling is to be used.
5543
5544 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5545 @anchor{prologue instruction pattern}
5546 @item @samp{prologue}
5547 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5548 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5549 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5550
5551 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5552 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5553
5554 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5555 instruction scheduling.
5556
5557 @cindex @code{window_save} instruction pattern
5558 @anchor{window_save instruction pattern}
5559 @item @samp{window_save}
5560 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
5561 be defined if the target machine has register windows but the window events
5562 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
5563 architecture.
5564
5565 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5566 @anchor{epilogue instruction pattern}
5567 @item @samp{epilogue}
5568 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5569 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5570 registers and emitting the return instruction.
5571
5572 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5573 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5574
5575 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5576 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5577
5578 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5579 @item @samp{sibcall_epilogue}
5580 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5581 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5582 sibling call (aka tail call) sites.
5583
5584 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5585 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5586 function.
5587
5588 @cindex @code{trap} instruction pattern
5589 @item @samp{trap}
5590 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5591 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5592 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5593
5594 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5595 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5596 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5597 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5598 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5599
5600 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5601
5602 @smallexample
5603 (define_insn "ctrapsi4"
5604   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5605              [(match_operand 1 "register_operand")
5606               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5607             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5608   ""
5609   "@dots{}")
5610 @end smallexample
5611
5612 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5613 @item @samp{prefetch}
5614
5615 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5616 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5617 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5618 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5619 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5620 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5621 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5622 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5623 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5624
5625 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5626 the values of operands 1 and 2.
5627
5628 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5629 @item @samp{blockage}
5630
5631 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5632 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5633 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5634
5635 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5636 @item @samp{memory_barrier}
5637
5638 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5639 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5640 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5641 This pattern has no operands.
5642
5643 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5644 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5645
5646 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5647 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5648 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5649 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5650 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5651 of the operation; it should contain the contents of the memory
5652 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5653 a copy of operand 2.
5654
5655 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5656
5657 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5658 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5659 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5660 after the atomic operation.
5661
5662 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5663 operation is available via the status flags, it is possible to
5664 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5665 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5666 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5667 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5668 description includes such a set, the target should also define special
5669 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5670 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5671 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5672 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5673
5674 For targets where the operating system may provide support for this
5675 operation via library calls, the @code{sync_compare_and_swap_optab}
5676 may be initialized to a function with the same interface as the
5677 @code{__sync_val_compare_and_swap_@var{n}} built-in.  If the entire
5678 set of @var{__sync} builtins are supported via library calls, the
5679 target can initialize all of the optabs at once with
5680 @code{init_sync_libfuncs}.
5681 For the purposes of C++11 @code{std::atomic::is_lock_free}, it is
5682 assumed that these library calls do @emph{not} use any kind of
5683 interruptable locking.
5684
5685 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5686 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5687 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5688 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5689 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5690 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5691 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5692 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5693 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5694
5695 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5696 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5697 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5698
5699 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5700 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5701 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5702 after the atomic operation.
5703
5704 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5705 from a compare-and-swap operation, if defined.
5706
5707 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5708 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5709 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5710 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5711 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5712 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5713 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5714 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5715 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5716
5717 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5718 and return the value that the memory contained before the operation.
5719 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5720 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5721 to the binary operator.
5722
5723 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5724 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5725 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5726 after the atomic operation.
5727
5728 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5729 from a compare-and-swap operation, if defined.
5730
5731 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5732 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5733 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5734 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5735 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5736 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5737 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5738 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5739 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5740
5741 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5742 except that they return the value that exists in the memory location
5743 after the operation, rather than before the operation.
5744
5745 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5746 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5747
5748 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5749 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5750 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5751 is the value to set in the lock.
5752
5753 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5754 which the previous value in memory operand is copied into the result
5755 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5756
5757 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5758 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5759 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5760 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5761 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5762
5763 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5764 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5765 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5766
5767 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5768 a compare-and-swap operation, if defined.
5769
5770 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5771 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5772
5773 This pattern, if defined, releases a lock set by
5774 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5775 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5776
5777 If the target doesn't implement full semantics for
5778 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5779 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5780 of the memory operand are implementation defined.
5781
5782 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5783 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5784 released only after all previous memory operations have completed.
5785
5786 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5787 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5788
5789 @cindex @code{atomic_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5790 @item @samp{atomic_compare_and_swap@var{mode}} 
5791 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5792 operation with memory model semantics.  Operand 2 is the memory on which
5793 the atomic operation is performed.  Operand 0 is an output operand which
5794 is set to true or false based on whether the operation succeeded.  Operand
5795 1 is an output operand which is set to the contents of the memory before
5796 the operation was attempted.  Operand 3 is the value that is expected to
5797 be in memory.  Operand 4 is the value to put in memory if the expected
5798 value is found there.  Operand 5 is set to 1 if this compare and swap is to
5799 be treated as a weak operation.  Operand 6 is the memory model to be used
5800 if the operation is a success.  Operand 7 is the memory model to be used
5801 if the operation fails.
5802
5803 If memory referred to in operand 2 contains the value in operand 3, then
5804 operand 4 is stored in memory pointed to by operand 2 and fencing based on
5805 the memory model in operand 6 is issued.  
5806
5807 If memory referred to in operand 2 does not contain the value in operand 3,
5808 then fencing based on the memory model in operand 7 is issued.
5809
5810 If a target does not support weak compare-and-swap operations, or the port
5811 elects not to implement weak operations, the argument in operand 5 can be
5812 ignored.  Note a strong implementation must be provided.
5813
5814 If this pattern is not provided, the @code{__atomic_compare_exchange}
5815 built-in functions will utilize the legacy @code{sync_compare_and_swap}
5816 pattern with an @code{__ATOMIC_SEQ_CST} memory model.
5817
5818 @cindex @code{atomic_load@var{mode}} instruction pattern
5819 @item @samp{atomic_load@var{mode}}
5820 This pattern implements an atomic load operation with memory model
5821 semantics.  Operand 1 is the memory address being loaded from.  Operand 0
5822 is the result of the load.  Operand 2 is the memory model to be used for
5823 the load operation.
5824
5825 If not present, the @code{__atomic_load} built-in function will either
5826 resort to a normal load with memory barriers, or a compare-and-swap
5827 operation if a normal load would not be atomic.
5828
5829 @cindex @code{atomic_store@var{mode}} instruction pattern
5830 @item @samp{atomic_store@var{mode}}
5831 This pattern implements an atomic store operation with memory model
5832 semantics.  Operand 0 is the memory address being stored to.  Operand 1
5833 is the value to be written.  Operand 2 is the memory model to be used for
5834 the operation.
5835
5836 If not present, the @code{__atomic_store} built-in function will attempt to
5837 perform a normal store and surround it with any required memory fences.  If
5838 the store would not be atomic, then an @code{__atomic_exchange} is
5839 attempted with the result being ignored.
5840
5841 @cindex @code{atomic_exchange@var{mode}} instruction pattern
5842 @item @samp{atomic_exchange@var{mode}}
5843 This pattern implements an atomic exchange operation with memory model
5844 semantics.  Operand 1 is the memory location the operation is performed on.
5845 Operand 0 is an output operand which is set to the original value contained
5846 in the memory pointed to by operand 1.  Operand 2 is the value to be
5847 stored.  Operand 3 is the memory model to be used.
5848
5849 If this pattern is not present, the built-in function
5850 @code{__atomic_exchange} will attempt to preform the operation with a
5851 compare and swap loop.
5852
5853 @cindex @code{atomic_add@var{mode}} instruction pattern
5854 @cindex @code{atomic_sub@var{mode}} instruction pattern
5855 @cindex @code{atomic_or@var{mode}} instruction pattern
5856 @cindex @code{atomic_and@var{mode}} instruction pattern
5857 @cindex @code{atomic_xor@var{mode}} instruction pattern
5858 @cindex @code{atomic_nand@var{mode}} instruction pattern
5859 @item @samp{atomic_add@var{mode}}, @samp{atomic_sub@var{mode}}
5860 @itemx @samp{atomic_or@var{mode}}, @samp{atomic_and@var{mode}}
5861 @itemx @samp{atomic_xor@var{mode}}, @samp{atomic_nand@var{mode}}
5862
5863 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
5864 model semantics. Operand 0 is the memory on which the atomic operation is
5865 performed.  Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5866 Operand 2 is the memory model to be used by the operation.
5867
5868 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
5869 @code{sync} patterns, or equivilent patterns which return a result.  If
5870 none of these are available a compare-and-swap loop will be used.
5871
5872 @cindex @code{atomic_fetch_add@var{mode}} instruction pattern
5873 @cindex @code{atomic_fetch_sub@var{mode}} instruction pattern
5874 @cindex @code{atomic_fetch_or@var{mode}} instruction pattern
5875 @cindex @code{atomic_fetch_and@var{mode}} instruction pattern
5876 @cindex @code{atomic_fetch_xor@var{mode}} instruction pattern
5877 @cindex @code{atomic_fetch_nand@var{mode}} instruction pattern
5878 @item @samp{atomic_fetch_add@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_sub@var{mode}}
5879 @itemx @samp{atomic_fetch_or@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_and@var{mode}}
5880 @itemx @samp{atomic_fetch_xor@var{mode}}, @samp{atomic_fetch_nand@var{mode}}
5881
5882 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
5883 model semantics, and return the original value. Operand 0 is an output 
5884 operand which contains the value of the memory location before the 
5885 operation was performed.  Operand 1 is the memory on which the atomic 
5886 operation is performed.  Operand 2 is the second operand to the binary
5887 operator.  Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
5888
5889 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
5890 @code{sync} patterns.  If none of these are available a compare-and-swap
5891 loop will be used.
5892
5893 @cindex @code{atomic_add_fetch@var{mode}} instruction pattern
5894 @cindex @code{atomic_sub_fetch@var{mode}} instruction pattern
5895 @cindex @code{atomic_or_fetch@var{mode}} instruction pattern
5896 @cindex @code{atomic_and_fetch@var{mode}} instruction pattern
5897 @cindex @code{atomic_xor_fetch@var{mode}} instruction pattern
5898 @cindex @code{atomic_nand_fetch@var{mode}} instruction pattern
5899 @item @samp{atomic_add_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_sub_fetch@var{mode}}
5900 @itemx @samp{atomic_or_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_and_fetch@var{mode}}
5901 @itemx @samp{atomic_xor_fetch@var{mode}}, @samp{atomic_nand_fetch@var{mode}}
5902
5903 These patterns emit code for an atomic operation on memory with memory
5904 model semantics and return the result after the operation is performed.
5905 Operand 0 is an output operand which contains the value after the
5906 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5907 performed.  Operand 2 is the second operand to the binary operator.
5908 Operand 3 is the memory model to be used by the operation.
5909
5910 If these patterns are not defined, attempts will be made to use legacy
5911 @code{sync} patterns, or equivilent patterns which return the result before
5912 the operation followed by the arithmetic operation required to produce the
5913 result.  If none of these are available a compare-and-swap loop will be
5914 used.
5915
5916 @cindex @code{mem_thread_fence@var{mode}} instruction pattern
5917 @item @samp{mem_thread_fence@var{mode}}
5918 This pattern emits code required to implement a thread fence with
5919 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
5920
5921 If this pattern is not specified, all memory models except
5922 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
5923 barrier pattern.
5924
5925 @cindex @code{mem_signal_fence@var{mode}} instruction pattern
5926 @item @samp{mem_signal_fence@var{mode}}
5927 This pattern emits code required to implement a signal fence with
5928 memory model semantics.  Operand 0 is the memory model to be used.
5929
5930 This pattern should impact the compiler optimizers the same way that
5931 mem_signal_fence does, but it does not need to issue any barrier
5932 instructions.
5933
5934 If this pattern is not specified, all memory models except
5935 @code{__ATOMIC_RELAXED} will result in issuing a @code{sync_synchronize}
5936 barrier pattern.
5937
5938 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5939 @item @samp{stack_protect_set}
5940
5941 This pattern, if defined, moves a @code{ptr_mode} value from the memory
5942 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5943 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5944 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5945 having clobbered it.
5946
5947 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5948
5949 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5950 @item @samp{stack_protect_test}
5951
5952 This pattern, if defined, compares a @code{ptr_mode} value from the
5953 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5954 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5955 weren't equal.
5956
5957 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5958 conditional branch pattern is used.
5959
5960 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5961 @item @samp{clear_cache}
5962
5963 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5964 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5965 inclusive and operand 1 exclusive.
5966
5967 If this pattern is not defined, a call to the library function
5968 @code{__clear_cache} is used.
5969
5970 @end table
5971
5972 @end ifset
5973 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5974 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5975 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5976 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5977 @ifset INTERNALS
5978 @node Pattern Ordering
5979 @section When the Order of Patterns Matters
5980 @cindex Pattern Ordering
5981 @cindex Ordering of Patterns
5982
5983 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5984 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5985 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5986 and faster instructions (those that will produce better code when they
5987 do match) should usually go first in the description.
5988
5989 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5990 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5991 instruction for converting a fullword to floating point and another
5992 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5993 an integer to floating point could match either one.  We put the
5994 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5995 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5996 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5997 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5998 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5999 constant value.
6000
6001 @end ifset
6002 @ifset INTERNALS
6003 @node Dependent Patterns
6004 @section Interdependence of Patterns
6005 @cindex Dependent Patterns
6006 @cindex Interdependence of Patterns
6007
6008 In some cases machines support instructions identical except for the
6009 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
6010 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
6011 patterns are
6012
6013 @smallexample
6014 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6015      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
6016
6017 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
6018      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
6019 @end smallexample
6020
6021 @noindent
6022 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
6023 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
6024 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
6025 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
6026 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
6027 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
6028
6029 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
6030 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
6031 compilations.
6032
6033 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
6034 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
6035 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
6036 you should not provide separate patterns for increment and decrement
6037 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
6038 that supports register-register add insns by examining the operands and
6039 generating the appropriate machine instruction.
6040
6041 @end ifset
6042 @ifset INTERNALS
6043 @node Jump Patterns
6044 @section Defining Jump Instruction Patterns
6045 @cindex jump instruction patterns
6046 @cindex defining jump instruction patterns
6047
6048 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
6049 The machine description should define a single pattern, usually
6050 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
6051
6052 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
6053 and a separate branch insn testing the condition code and branching
6054 or not according to its value.  For many machines, however,
6055 separating compares and branches is limiting, which is why the
6056 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
6057 The machine description becomes clearer for architectures that
6058 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
6059 works better when different sets of comparison operators are supported
6060 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
6061 or by conditional branches with respect to conditional stores.
6062
6063 Two separate insns are always used if the machine description represents
6064 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
6065 and on most machines that use a separate condition code register
6066 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
6067 fact, the set and use of the condition code must be separate and
6068 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
6069 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
6070 so that the comparison and branch insns could be located from each other
6071 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
6072
6073 Even in this case having a single entry point for conditional branches
6074 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
6075 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
6076 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
6077 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
6078 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
6079 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
6080
6081 @end ifset
6082 @ifset INTERNALS
6083 @node Looping Patterns
6084 @section Defining Looping Instruction Patterns
6085 @cindex looping instruction patterns
6086 @cindex defining looping instruction patterns
6087
6088 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
6089 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
6090 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
6091 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
6092 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
6093 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
6094 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
6095 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
6096 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
6097 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
6098 the jump.
6099
6100 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
6101 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
6102 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
6103 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
6104 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
6105 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
6106 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
6107 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
6108 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
6109 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
6110 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
6111 following for its @code{dbra} instruction:
6112
6113 @smallexample
6114 @group
6115 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6116   [(set (pc)
6117         (if_then_else
6118           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6119                        (const_int -1))
6120               (const_int 0))
6121           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6122           (pc)))
6123    (set (match_dup 0)
6124         (plus:SI (match_dup 0)
6125                  (const_int -1)))]
6126   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6127   "@dots{}")
6128 @end group
6129 @end smallexample
6130
6131 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
6132 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
6133 since this insn is generated by the instruction combination phase
6134 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
6135 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
6136 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
6137 pattern will not be matched by the combiner.
6138
6139 @smallexample
6140 @group
6141 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
6142   [(set (pc)
6143         (if_then_else
6144           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
6145               (const_int 1))
6146           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
6147           (pc)))
6148    (set (match_dup 0)
6149         (plus:SI (match_dup 0)
6150                  (const_int -1)))]
6151   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
6152   "@dots{}")
6153 @end group
6154 @end smallexample
6155
6156 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
6157 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
6158 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
6159 information collected during strength reduction.
6160
6161 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
6162 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
6163 is an optional companion pattern that can be used for initialization
6164 needed for some low-overhead looping instructions.
6165
6166 Note that some machines require the actual looping instruction to be
6167 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
6168 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
6169 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
6170 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
6171 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
6172 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
6173 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
6174 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
6175 desired special iteration counter register was not allocated, this
6176 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
6177 instruction pair.
6178
6179 The essential difference between the
6180 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
6181 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
6182 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
6183 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
6184 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
6185 may become redundant and removed by the flow pass.
6186
6187
6188 @end ifset
6189 @ifset INTERNALS
6190 @node Insn Canonicalizations
6191 @section Canonicalization of Instructions
6192 @cindex canonicalization of instructions
6193 @cindex insn canonicalization
6194
6195 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
6196 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
6197 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
6198 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
6199 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
6200 number of insn patterns required.
6201
6202 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
6203 are performed:
6204
6205 @itemize @bullet
6206 @item
6207 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
6208 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
6209 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
6210 be supplied.
6211
6212 @item
6213 For associative operators, a sequence of operators will always chain
6214 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
6215 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
6216 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
6217 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
6218 floating-point.
6219
6220 @item
6221 @cindex @code{neg}, canonicalization of
6222 @cindex @code{not}, canonicalization of
6223 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6224 @cindex @code{plus}, canonicalization of
6225 @cindex @code{minus}, canonicalization of
6226 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
6227 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
6228 first operand.
6229
6230 @item
6231 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
6232 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
6233 the operations as far as possible.  For instance,
6234 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
6235 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
6236 @code{(minus A (mult B C))}.
6237
6238 @cindex @code{compare}, canonicalization of
6239 @item
6240 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
6241 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
6242
6243 @item
6244 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
6245 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
6246 above.
6247
6248 @item
6249 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
6250 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
6251 of @code{ltu}.
6252
6253 @item
6254 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
6255 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
6256
6257 @item
6258 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
6259 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
6260
6261 @cindex @code{ior}, canonicalization of
6262 @cindex @code{and}, canonicalization of
6263 @cindex De Morgan's law
6264 @item
6265 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
6266 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
6267 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
6268
6269 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
6270 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
6271 for that instruction as
6272
6273 @smallexample
6274 (define_insn ""
6275   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6276         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6277                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
6278   "@dots{}"
6279   "@dots{}")
6280 @end smallexample
6281
6282 @noindent
6283 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
6284
6285 @smallexample
6286 (define_insn ""
6287   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
6288         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
6289                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
6290   "@dots{}"
6291   "@dots{}")
6292 @end smallexample
6293
6294 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
6295 logically equivalent RTL expressions.
6296
6297 @cindex @code{xor}, canonicalization of
6298 @item
6299 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
6300 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
6301 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
6302
6303 @item
6304 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
6305 the form
6306
6307 @smallexample
6308 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
6309 @end smallexample
6310
6311 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
6312 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
6313 @item
6314 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
6315 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
6316 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
6317
6318 @cindex @code{mult}, canonicalization of
6319 @item
6320 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
6321 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
6322 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
6323 for @code{zero_extend}.
6324
6325 @item
6326 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
6327 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
6328 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
6329 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
6330 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
6331 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
6332 This transformation is only applied when it can be proven that the
6333 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
6334
6335 @end itemize
6336
6337 Further canonicalization rules are defined in the function
6338 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
6339
6340 @end ifset
6341 @ifset INTERNALS
6342 @node Expander Definitions
6343 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
6344 @cindex expander definitions
6345 @cindex code generation RTL sequences
6346 @cindex defining RTL sequences for code generation
6347
6348 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
6349 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
6350 represent them.  For these target machines, you can write a
6351 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
6352
6353 @findex define_expand
6354 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
6355 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
6356 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
6357
6358 A @code{define_expand} RTX has four operands:
6359
6360 @itemize @bullet
6361 @item
6362 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
6363 use for it is to refer to it by name.
6364
6365 @item
6366 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
6367 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
6368 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
6369
6370 @item
6371 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
6372 used to express how the availability of this pattern depends on
6373 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
6374 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
6375 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
6376 depend on the data in the insn being matched, but only the
6377 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
6378 during initialization in order to learn exactly which named instructions
6379 are available in a particular run.
6380
6381 @item
6382 The preparation statements, a string containing zero or more C
6383 statements which are to be executed before RTL code is generated from
6384 the RTL template.
6385
6386 Usually these statements prepare temporary registers for use as
6387 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
6388 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
6389 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
6390 @end itemize
6391
6392 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
6393 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
6394 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
6395 it.
6396
6397 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
6398 also describes the operands that need to be specified when this pattern
6399 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
6400
6401 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
6402 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
6403 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
6404 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
6405 information to preload the operand into a register if that is required for
6406 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
6407 references should use @code{match_dup}.
6408
6409 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
6410 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
6411 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
6412 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
6413 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
6414 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
6415 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
6416 compute the values and store them into the appropriate elements of
6417 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
6418
6419 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
6420 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
6421 as a statement.
6422
6423 @table @code
6424
6425 @findex DONE
6426 @item DONE
6427 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
6428 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
6429 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
6430 preparation statements; the RTL template will not be generated.
6431
6432 @findex FAIL
6433 @item FAIL
6434 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
6435 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
6436 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
6437
6438 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
6439 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
6440 operations.
6441 @end table
6442
6443 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
6444 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
6445 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
6446 insn.
6447
6448 The RTL template is not used for matching, only for generating the
6449 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
6450 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
6451 list of operands, such as this example:
6452
6453 @smallexample
6454 @group
6455 (define_expand "addsi3"
6456   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6457    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6458    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
6459 @end group
6460 @group
6461   ""
6462   "
6463 @{
6464   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
6465   DONE;
6466 @}")
6467 @end group
6468 @end smallexample
6469
6470 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
6471
6472 @smallexample
6473 @group
6474 (define_expand "ashlsi3"
6475   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6476         (ashift:SI
6477 @end group
6478 @group
6479           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6480           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
6481   ""
6482   "
6483 @end group
6484 @end smallexample
6485
6486 @smallexample
6487 @group
6488 @{
6489   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
6490       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
6491     FAIL;
6492 @}")
6493 @end group
6494 @end smallexample
6495
6496 @noindent
6497 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
6498 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
6499 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
6500 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
6501 library call).
6502
6503 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
6504 patterns with names, then it would be possible to use a
6505 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
6506 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
6507
6508 @smallexample
6509 (define_expand "zero_extendhisi2"
6510   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
6511         (const_int 0))
6512    (set (strict_low_part
6513           (subreg:HI
6514             (match_dup 0)
6515             0))
6516         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
6517   ""
6518   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
6519 @end smallexample
6520
6521 @noindent
6522 @findex make_safe_from
6523 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
6524 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
6525 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
6526 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
6527 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
6528 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
6529 by emitting another RTL insn.
6530
6531 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
6532 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
6533 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
6534 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
6535 on this machine.  So it must be copied into a register with
6536 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
6537
6538 @smallexample
6539 (define_expand "zero_extendhisi2"
6540   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6541         (and:SI (subreg:SI
6542                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
6543                   0)
6544                 (match_dup 2)))]
6545   ""
6546   "operands[2]
6547      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
6548 @end smallexample
6549
6550 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
6551 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
6552 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
6553 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
6554 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
6555 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
6556 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
6557 in the compiler.
6558
6559 @end ifset
6560 @ifset INTERNALS
6561 @node Insn Splitting
6562 @section Defining How to Split Instructions
6563 @cindex insn splitting
6564 @cindex instruction splitting
6565 @cindex splitting instructions
6566
6567 There are two cases where you should specify how to split a pattern
6568 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6569 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6570 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6571 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6572 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6573 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6574 cannot be placed into a delay slot.
6575
6576 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6577 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6578 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6579 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6580 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6581 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6582 scheduling.
6583
6584 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6585 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6586 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6587 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6588 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6589 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6590 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6591 split the addition into two insns is machine-dependent.
6592
6593 @findex define_split
6594 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6595 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6596
6597 @smallexample
6598 (define_split
6599   [@var{insn-pattern}]
6600   "@var{condition}"
6601   [@var{new-insn-pattern-1}
6602    @var{new-insn-pattern-2}
6603    @dots{}]
6604   "@var{preparation-statements}")
6605 @end smallexample
6606
6607 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6608 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6609 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6610 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6611 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6612 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6613
6614 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6615 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6616 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6617 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6618 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6619 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6620 must not allocate any space in the stack frame.
6621
6622 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6623 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6624 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6625 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6626 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6627 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6628 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6629 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6630 of those definitions.
6631
6632 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6633 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6634 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6635
6636 @smallexample
6637 (define_split
6638   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6639         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6640   ""
6641   [(set (match_dup 0)
6642         (ashift:SI (match_dup 1)
6643                    (const_int 16)))
6644    (set (match_dup 0)
6645         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6646                      (const_int 16)))]
6647   "
6648 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6649 @end smallexample
6650
6651 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6652 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6653 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6654 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6655 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6656 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6657 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6658 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6659 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6660 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6661
6662 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6663 @file{rs6000.md}:
6664
6665 @smallexample
6666 (define_split
6667   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6668         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6669                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6670   ""
6671   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6672    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6673 "
6674 @{
6675   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6676   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6677
6678   if (low & 0x8000)
6679     high++, low |= 0xffff0000;
6680
6681   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6682   operands[4] = GEN_INT (low);
6683 @}")
6684 @end smallexample
6685
6686 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6687 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6688 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6689 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6690
6691 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6692 an equality comparison of a register and a large constant:
6693
6694 @smallexample
6695 (define_split
6696   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6697         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6698                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6699    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6700   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6701    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6702        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6703   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6704    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6705   "
6706 @{
6707   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6708      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6709      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6710
6711   int c = INTVAL (operands[2]);
6712   int sextc = (c << 16) >> 16;
6713   int xorv = c ^ sextc;
6714
6715   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6716   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6717 @}")
6718 @end smallexample
6719
6720 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6721 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6722 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6723 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6724 are not valid.
6725
6726 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6727 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6728 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6729 several restriction apply.
6730
6731 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6732 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6733 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6734 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6735 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6736 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6737 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6738 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6739 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6740 forward jumps to the newly created labels.
6741
6742 @findex define_insn_and_split
6743 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6744 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6745 this:
6746
6747 @smallexample
6748 (define_insn_and_split
6749   [@var{insn-pattern}]
6750   "@var{condition}"
6751   "@var{output-template}"
6752   "@var{split-condition}"
6753   [@var{new-insn-pattern-1}
6754    @var{new-insn-pattern-2}
6755    @dots{}]
6756   "@var{preparation-statements}"
6757   [@var{insn-attributes}])
6758
6759 @end smallexample
6760
6761 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6762 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6763 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6764 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6765 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6766 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6767 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6768 from i386.md:
6769
6770 @smallexample
6771 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6772   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6773      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6774    (clobber (reg:CC 17))]
6775   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6776   "#"
6777   "&& reload_completed"
6778   [(parallel [(set (match_dup 0)
6779                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6780               (clobber (reg:CC 17))])]
6781   ""
6782   [(set_attr "type" "alu1")])
6783
6784 @end smallexample
6785
6786 In this case, the actual split condition will be
6787 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6788
6789 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6790 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6791 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6792 having to ensure the two patterns' templates match.
6793
6794 @end ifset
6795 @ifset INTERNALS
6796 @node Including Patterns
6797 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6798 @cindex insn includes
6799
6800 @findex include
6801 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6802 look for patterns that are in files other than in the file
6803 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6804
6805 It looks like:
6806
6807 @smallexample
6808
6809 (include
6810   @var{pathname})
6811 @end smallexample
6812
6813 For example:
6814
6815 @smallexample
6816
6817 (include "filestuff")
6818
6819 @end smallexample
6820
6821 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6822 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6823 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6824
6825
6826 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6827 and placed into subdirectories.
6828
6829 By specifying:
6830
6831 @smallexample
6832
6833 (include "BOGUS/filestuff")
6834
6835 @end smallexample
6836
6837 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6838
6839 Specifying an absolute path for the include file such as;
6840 @smallexample
6841
6842 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6843
6844 @end smallexample
6845 is permitted but is not encouraged.
6846
6847 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6848 @cindex directory options .md
6849 @cindex options, directory search
6850 @cindex search options
6851
6852 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6853 For example:
6854
6855 @smallexample
6856
6857 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6858
6859 @end smallexample
6860
6861
6862 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6863 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6864 file, substituting your own version, since these directories are
6865 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6866 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6867 order; the standard default directory come after.
6868
6869
6870 @end ifset
6871 @ifset INTERNALS
6872 @node Peephole Definitions
6873 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6874 @cindex peephole optimizer definitions
6875 @cindex defining peephole optimizers
6876
6877 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6878 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6879
6880 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6881 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6882 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6883 though the second one does not appear to use a register computed in the
6884 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6885 opportunities.
6886
6887 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6888 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6889 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6890 is deprecated.
6891
6892 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6893 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6894 but before scheduling, which may result in much better code for
6895 targets that do scheduling.
6896
6897 @menu
6898 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6899 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6900 @end menu
6901
6902 @end ifset
6903 @ifset INTERNALS
6904 @node define_peephole
6905 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6906 @findex define_peephole
6907
6908 @need 1000
6909 A definition looks like this:
6910
6911 @smallexample
6912 (define_peephole
6913   [@var{insn-pattern-1}
6914    @var{insn-pattern-2}
6915    @dots{}]
6916   "@var{condition}"
6917   "@var{template}"
6918   "@var{optional-insn-attributes}")
6919 @end smallexample
6920
6921 @noindent
6922 The last string operand may be omitted if you are not using any
6923 machine-specific information in this machine description.  If present,
6924 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6925
6926 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6927 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6928 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6929 the next, and so on.
6930
6931 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6932 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6933 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6934 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6935 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6936 stages.
6937
6938 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6939 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6940 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6941 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6942 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6943 other.
6944
6945 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6946 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6947 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6948 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6949 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6950
6951 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6952 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6953 previously tested.
6954
6955 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6956 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6957 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6958 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6959 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6960 patterns.
6961
6962 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6963 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6964 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6965 the operands.
6966
6967 @findex prev_active_insn
6968 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6969 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6970 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6971 to refer to the last of the insns being matched; use
6972 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6973
6974 @findex dead_or_set_p
6975 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6976 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6977 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6978 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6979 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6980 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6981 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6982
6983 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6984 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6985 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6986 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6987 used in matching the original sequence of insns.
6988
6989 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6990 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6991 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6992 as the insn pattern to control how the insn is output.
6993
6994 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6995 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6996
6997 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6998
6999 @smallexample
7000 (define_peephole
7001   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
7002    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
7003         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
7004   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
7005 @{
7006   rtx xoperands[2];
7007   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
7008 #ifdef MOTOROLA
7009   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
7010   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
7011   return "fmove.d (sp)+,%0";
7012 #else
7013   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
7014   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
7015   return "fmoved sp@@+,%0";
7016 #endif
7017 @})
7018 @end smallexample
7019
7020 @need 1000
7021 The effect of this optimization is to change
7022
7023 @smallexample
7024 @group
7025 jbsr _foobar
7026 addql #4,sp
7027 movel d1,sp@@-
7028 movel d0,sp@@-
7029 fmoved sp@@+,fp0
7030 @end group
7031 @end smallexample
7032
7033 @noindent
7034 into
7035
7036 @smallexample
7037 @group
7038 jbsr _foobar
7039 movel d1,sp@@
7040 movel d0,sp@@-
7041 fmoved sp@@+,fp0
7042 @end group
7043 @end smallexample
7044
7045 @ignore
7046 @findex CC_REVERSED
7047 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
7048 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
7049 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
7050 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
7051 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
7052 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
7053 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
7054 and in this C code check the condition code status flags and change the
7055 assembler code as appropriate.
7056 @end ignore
7057
7058 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
7059 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
7060 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
7061 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
7062 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
7063 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
7064 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
7065 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
7066 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
7067
7068 @smallexample
7069 (define_insn "divmodsi4"
7070   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7071         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7072                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7073    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7074         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
7075   "TARGET_68020"
7076   "divsl%.l %2,%3:%0")
7077 @end smallexample
7078
7079 @noindent
7080 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
7081
7082 @smallexample
7083 (define_peephole
7084   [@dots{}
7085    (parallel
7086     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
7087           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
7088                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
7089      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
7090           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
7091    @dots{}]
7092   @dots{})
7093 @end smallexample
7094
7095 @end ifset
7096 @ifset INTERNALS
7097 @node define_peephole2
7098 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
7099 @findex define_peephole2
7100
7101 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
7102 substitute one sequence of instructions for another sequence,
7103 what additional scratch registers may be needed and what their
7104 lifetimes must be.
7105
7106 @smallexample
7107 (define_peephole2
7108   [@var{insn-pattern-1}
7109    @var{insn-pattern-2}
7110    @dots{}]
7111   "@var{condition}"
7112   [@var{new-insn-pattern-1}
7113    @var{new-insn-pattern-2}
7114    @dots{}]
7115   "@var{preparation-statements}")
7116 @end smallexample
7117
7118 The definition is almost identical to @code{define_split}
7119 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
7120 single instruction, but a sequence of instructions.
7121
7122 It is possible to request additional scratch registers for use in the
7123 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
7124 will simply not match.
7125
7126 @findex match_scratch
7127 @findex match_dup
7128 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
7129 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
7130 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
7131 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
7132 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
7133 at which the register must be available.
7134
7135 Here is an example from the IA-32 machine description:
7136
7137 @smallexample
7138 (define_peephole2
7139   [(match_scratch:SI 2 "r")
7140    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
7141                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
7142                      [(match_dup 0)
7143                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
7144               (clobber (reg:CC 17))])]
7145   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
7146   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
7147    (parallel [(set (match_dup 0)
7148                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
7149               (clobber (reg:CC 17))])]
7150   "")
7151 @end smallexample
7152
7153 @noindent
7154 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
7155 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
7156 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
7157 to be live only at the point just before the arithmetic.
7158
7159 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
7160 so here's a silly made-up example:
7161
7162 @smallexample
7163 (define_peephole2
7164   [(match_scratch:SI 4 "r")
7165    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
7166    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
7167    (match_dup 4)
7168    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
7169   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
7170   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
7171    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
7172    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
7173    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
7174   "")
7175 @end smallexample
7176
7177 @noindent
7178 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
7179 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
7180 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
7181
7182 @end ifset
7183 @ifset INTERNALS
7184 @node Insn Attributes
7185 @section Instruction Attributes
7186 @cindex insn attributes
7187 @cindex instruction attributes
7188
7189 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
7190 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
7191 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
7192 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
7193 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
7194 to track the condition codes.
7195
7196 @menu
7197 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
7198 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
7199 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
7200 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
7201 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
7202 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
7203 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
7204 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
7205 @end menu
7206
7207 @end ifset
7208 @ifset INTERNALS
7209 @node Defining Attributes
7210 @subsection Defining Attributes and their Values
7211 @cindex defining attributes and their values
7212 @cindex attributes, defining
7213
7214 @findex define_attr
7215 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
7216 by the target machine.  It looks like:
7217
7218 @smallexample
7219 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
7220 @end smallexample
7221
7222 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
7223 Some attributes are used in a special way by the rest of the compiler. The
7224 @code{enabled} attribute can be used to conditionally enable or disable
7225 insn alternatives (@pxref{Disable Insn Alternatives}). The @code{predicable}
7226 attribute, together with a suitable @code{define_cond_exec}
7227 (@pxref{Conditional Execution}), can be used to automatically generate
7228 conditional variants of instruction patterns. The compiler internally uses
7229 the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled}, so they should not be
7230 used elsewhere as alternative names.
7231
7232 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
7233 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
7234 indicate that the attribute takes numeric values.
7235
7236 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
7237 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
7238 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
7239 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
7240 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
7241
7242 @findex insn-attr.h
7243 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
7244 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
7245 specified for an attribute, the following are defined:
7246
7247 @itemize @bullet
7248 @item
7249 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
7250
7251 @item
7252 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
7253 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
7254 the attribute name and value are first converted to uppercase.
7255
7256 @item
7257 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
7258 returns the attribute value for that insn.
7259 @end itemize
7260
7261 For example, if the following is present in the @file{md} file:
7262
7263 @smallexample
7264 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
7265 @end smallexample
7266
7267 @noindent
7268 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
7269
7270 @smallexample
7271 #define HAVE_ATTR_type
7272 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
7273                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
7274 extern enum attr_type get_attr_type ();
7275 @end smallexample
7276
7277 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
7278 defined and the function to obtain the attribute's value will return
7279 @code{int}.
7280
7281 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
7282 attributes are not free to use for other purposes:
7283
7284 @table @code
7285 @item length
7286 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
7287 code chunks.  This is especially important when verifying branch
7288 distances. @xref{Insn Lengths}.
7289
7290 @item enabled
7291 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
7292 alternatives of an insn definition from being used during code
7293 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
7294 @end table
7295
7296 @findex define_enum_attr
7297 @anchor{define_enum_attr}
7298 Another way of defining an attribute is to use:
7299
7300 @smallexample
7301 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
7302 @end smallexample
7303
7304 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
7305 the list of values is taken from a separate enumeration called
7306 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
7307 the same list of values for several attributes without having to
7308 repeat the list each time.  For example:
7309
7310 @smallexample
7311 (define_enum "processor" [
7312   model_a
7313   model_b
7314   @dots{}
7315 ])
7316 (define_enum_attr "arch" "processor"
7317   (const (symbol_ref "target_arch")))
7318 (define_enum_attr "tune" "processor"
7319   (const (symbol_ref "target_tune")))
7320 @end smallexample
7321
7322 defines the same attributes as:
7323
7324 @smallexample
7325 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
7326   (const (symbol_ref "target_arch")))
7327 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
7328   (const (symbol_ref "target_tune")))
7329 @end smallexample
7330
7331 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
7332 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
7333 defines a single C enum (@code{processor}).
7334 @end ifset
7335 @ifset INTERNALS
7336 @node Expressions
7337 @subsection Attribute Expressions
7338 @cindex attribute expressions
7339
7340 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
7341 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
7342 Attribute value expressions must have one of the following forms:
7343
7344 @table @code
7345 @cindex @code{const_int} and attributes
7346 @item (const_int @var{i})
7347 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
7348 must be non-negative.
7349
7350 The value of a numeric attribute can be specified either with a
7351 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
7352 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
7353 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
7354 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
7355
7356 @cindex @code{const_string} and attributes
7357 @item (const_string @var{value})
7358 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
7359 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
7360 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
7361 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
7362 of a @code{define_attr}.
7363
7364 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
7365 must be a string containing a non-negative integer (normally
7366 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
7367 contain one of the valid values for the attribute.
7368
7369 @cindex @code{if_then_else} and attributes
7370 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
7371 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
7372 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
7373 otherwise it is @var{false-value}.
7374
7375 @cindex @code{cond} and attributes
7376 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
7377 The first operand of this expression is a vector containing an even
7378 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
7379 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
7380 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
7381 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
7382 expression is that of the @var{default} expression.
7383 @end table
7384
7385 @var{test} expressions can have one of the following forms:
7386
7387 @table @code
7388 @cindex @code{const_int} and attribute tests
7389 @item (const_int @var{i})
7390 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
7391
7392 @cindex @code{not} and attributes
7393 @cindex @code{ior} and attributes
7394 @cindex @code{and} and attributes
7395 @item (not @var{test})
7396 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
7397 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
7398 These tests are true if the indicated logical function is true.
7399
7400 @cindex @code{match_operand} and attributes
7401 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
7402 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
7403 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
7404 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
7405 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
7406 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
7407 string).
7408
7409 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
7410
7411 @cindex @code{match_test} and attributes
7412 @item (match_test @var{c-expr})
7413 The test is true if C expression @var{c-expr} is true.  In non-constant
7414 attributes, @var{c-expr} has access to the following variables:
7415
7416 @table @var
7417 @item insn
7418 The rtl instruction under test.
7419 @item which_alternative
7420 The @code{define_insn} alternative that @var{insn} matches.
7421 @xref{Output Statement}.
7422 @item operands
7423 An array of @var{insn}'s rtl operands.
7424 @end table
7425
7426 @var{c-expr} behaves like the condition in a C @code{if} statement,
7427 so there is no need to explicitly convert the expression into a boolean
7428 0 or 1 value.  For example, the following two tests are equivalent:
7429
7430 @smallexample
7431 (match_test "x & 2")
7432 (match_test "(x & 2) != 0")
7433 @end smallexample
7434
7435 @cindex @code{le} and attributes
7436 @cindex @code{leu} and attributes
7437 @cindex @code{lt} and attributes
7438 @cindex @code{gt} and attributes
7439 @cindex @code{gtu} and attributes
7440 @cindex @code{ge} and attributes
7441 @cindex @code{geu} and attributes
7442 @cindex @code{ne} and attributes
7443 @cindex @code{eq} and attributes
7444 @cindex @code{plus} and attributes
7445 @cindex @code{minus} and attributes
7446 @cindex @code{mult} and attributes
7447 @cindex @code{div} and attributes
7448 @cindex @code{mod} and attributes
7449 @cindex @code{abs} and attributes
7450 @cindex @code{neg} and attributes
7451 @cindex @code{ashift} and attributes
7452 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
7453 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
7454 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
7455 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
7456 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
7457 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
7458 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
7459 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
7460 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
7461 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
7462 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
7463 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
7464 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
7465 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
7466 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
7467 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
7468 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
7469
7470 @findex get_attr
7471 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
7472 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
7473 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
7474 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
7475 variable.
7476
7477 @findex eq_attr
7478 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
7479 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
7480
7481 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
7482 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
7483 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
7484 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
7485 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
7486 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
7487 @emph{not} in the specified list.
7488
7489 For example,
7490
7491 @smallexample
7492 (eq_attr "type" "load,store")
7493 @end smallexample
7494
7495 @noindent
7496 is equivalent to
7497
7498 @smallexample
7499 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
7500 @end smallexample
7501
7502 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
7503 value of the compiler variable @code{which_alternative}
7504 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
7505 example,
7506
7507 @smallexample
7508 (eq_attr "alternative" "2,3")
7509 @end smallexample
7510
7511 @noindent
7512 is equivalent to
7513
7514 @smallexample
7515 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
7516      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
7517 @end smallexample
7518
7519 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
7520 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
7521 a particular pattern.  This is by far the most common case.
7522
7523 @findex attr_flag
7524 @item (attr_flag @var{name})
7525 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
7526 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
7527 scheduled.
7528
7529 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
7530 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
7531 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
7532 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
7533 if a conditional branch is expected to be taken.
7534
7535 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
7536 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
7537
7538 This example describes a conditional branch delay slot which
7539 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
7540 for backward branches which are not taken (annul-false).
7541
7542 @smallexample
7543 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
7544   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
7545    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7546         (attr_flag "forward"))
7547    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7548         (attr_flag "backward"))])
7549 @end smallexample
7550
7551 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
7552 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7553
7554 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
7555 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7556 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
7557 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7558
7559 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
7560 meaning to other passes of the compiler.
7561
7562 @findex attr
7563 @item (attr @var{name})
7564 The value of another attribute is returned.  This is most useful
7565 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
7566 produce more efficient code for non-numeric attributes.
7567 @end table
7568
7569 @end ifset
7570 @ifset INTERNALS
7571 @node Tagging Insns
7572 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
7573 @cindex tagging insns
7574 @cindex assigning attribute values to insns
7575
7576 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
7577 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
7578 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
7579 have an optional last argument to specify the values of attributes for
7580 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
7581 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
7582 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
7583 permits the specification of the values for only one or two attributes
7584 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
7585 next section.
7586
7587 The optional last argument of @code{define_insn} and
7588 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
7589 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
7590 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
7591 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
7592 second operand of the @code{set} is an attribute expression
7593 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
7594
7595 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
7596 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
7597 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
7598 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
7599 each alternative.
7600
7601 @findex set_attr
7602 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7603 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7604 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7605 of attribute values, one for each alternative.
7606
7607 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7608 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7609
7610 @table @code
7611 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7612 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7613 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7614 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7615 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7616
7617 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7618 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7619 that alternative.
7620
7621 @findex set_attr_alternative
7622 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7623 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7624 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7625 tests on the @samp{alternative} attribute.
7626
7627 @findex attr
7628 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7629 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7630 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7631 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7632 @end table
7633
7634 The following shows three different ways of representing the same
7635 attribute value specification:
7636
7637 @smallexample
7638 (set_attr "type" "load,store,arith")
7639
7640 (set_attr_alternative "type"
7641                       [(const_string "load") (const_string "store")
7642                        (const_string "arith")])
7643
7644 (set (attr "type")
7645      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7646             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7647            (const_string "arith")))
7648 @end smallexample
7649
7650 @need 1000
7651 @findex define_asm_attributes
7652 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7653 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7654 statement.  It has the form:
7655
7656 @smallexample
7657 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7658 @end smallexample
7659
7660 @noindent
7661 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7662 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7663
7664 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7665 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7666
7667 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7668 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7669 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7670 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7671 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7672 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7673 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7674 of a single machine instruction.
7675
7676 @end ifset
7677 @ifset INTERNALS
7678 @node Attr Example
7679 @subsection Example of Attribute Specifications
7680 @cindex attribute specifications example
7681 @cindex attribute specifications
7682
7683 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7684 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7685 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7686 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7687 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7688
7689 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7690 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7691 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7692 operations, floating point operations, and branches.
7693
7694 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7695 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7696 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7697 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7698 changed if the item previously set into the condition code has been
7699 modified.
7700
7701 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7702
7703 @smallexample
7704 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7705
7706 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7707              (cond [(eq_attr "type" "load")
7708                         (const_string "change0")
7709                     (eq_attr "type" "store,branch")
7710                         (const_string "unchanged")
7711                     (eq_attr "type" "arith")
7712                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7713                                       (const_string "set")
7714                                       (const_string "clobber"))]
7715                    (const_string "clobber")))
7716
7717 (define_insn ""
7718   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7719         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7720   ""
7721   "@@
7722    move %0,%1
7723    load %0,%1
7724    store %0,%1"
7725   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7726 @end smallexample
7727
7728 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7729 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7730 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7731 full-word result.
7732
7733 @end ifset
7734 @ifset INTERNALS
7735 @node Insn Lengths
7736 @subsection Computing the Length of an Insn
7737 @cindex insn lengths, computing
7738 @cindex computing the length of an insn
7739
7740 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7741 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7742 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7743 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7744 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7745 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7746
7747 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7748 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7749
7750 @table @code
7751 @cindex @code{match_dup} and attributes
7752 @item (match_dup @var{n})
7753 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7754 must be a @code{label_ref}.
7755
7756 @cindex @code{pc} and attributes
7757 @item (pc)
7758 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7759 been more consistent with other usage to make this the address of the
7760 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7761 current insn is to be computed.
7762 @end table
7763
7764 @cindex @code{addr_vec}, length of
7765 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7766 For normal insns, the length will be determined by value of the
7767 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7768 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7769 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7770
7771 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7772
7773 The following macros can be used to refine the length computation:
7774
7775 @table @code
7776 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7777 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7778 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7779 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7780 that contains the initially computed length of the insn and should be
7781 updated with the correct length of the insn.
7782
7783 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7784 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7785 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7786 may be required.
7787 @end table
7788
7789 @findex get_attr_length
7790 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7791 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7792 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7793 example below illustrates.
7794
7795 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7796 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7797 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7798 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7799 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7800
7801 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7802 as follows:
7803
7804 @smallexample
7805 (define_insn "jump"
7806   [(set (pc)
7807         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7808   ""
7809 @{
7810    return (get_attr_length (insn) == 4
7811            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7812 @}
7813   [(set (attr "length")
7814         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7815                       (const_int 4)
7816                       (const_int 6)))])
7817 @end smallexample
7818
7819 @end ifset
7820 @ifset INTERNALS
7821 @node Constant Attributes
7822 @subsection Constant Attributes
7823 @cindex constant attributes
7824
7825 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7826 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7827 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7828 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7829
7830 @smallexample
7831 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7832  (const
7833   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7834          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7835         (const_string "m88000"))))
7836
7837 (define_attr "memory" "fast,slow"
7838  (const
7839   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7840                 (const_string "fast")
7841                 (const_string "slow"))))
7842 @end smallexample
7843
7844 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7845 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7846 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7847 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7848 forms involving insn attributes.
7849
7850 @end ifset
7851 @ifset INTERNALS
7852 @node Delay Slots
7853 @subsection Delay Slot Scheduling
7854 @cindex delay slots, defining
7855
7856 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7857 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7858 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7859 after the instruction are executed as if they were located before it.
7860 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7861 the following instruction before the branch or call is performed.
7862
7863 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7864 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7865 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7866 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7867 annul if the branch is false are supported.
7868
7869 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7870 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7871 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7872 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7873 instruction scheduling.
7874
7875 @findex define_delay
7876 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7877 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7878
7879 @smallexample
7880 (define_delay @var{test}
7881               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7882                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7883                @dots{}])
7884 @end smallexample
7885
7886 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7887 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7888 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7889 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7890 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7891 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7892 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7893 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7894 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7895
7896 For example, in the common case where branch and call insns require
7897 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7898 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7899
7900 @smallexample
7901 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7902               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7903 @end smallexample
7904
7905 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7906 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7907 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7908 expressions are both true.
7909
7910 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7911 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7912 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7913 branch is true, we might represent this as follows:
7914
7915 @smallexample
7916 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7917    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7918     (eq_attr "type" "!branch,call")
7919     (nil)])
7920
7921 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7922               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7923                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7924 @end smallexample
7925 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7926
7927 @end ifset
7928 @ifset INTERNALS
7929 @node Processor pipeline description
7930 @subsection Specifying processor pipeline description
7931 @cindex processor pipeline description
7932 @cindex processor functional units
7933 @cindex instruction latency time
7934 @cindex interlock delays
7935 @cindex data dependence delays
7936 @cindex reservation delays
7937 @cindex pipeline hazard recognizer
7938 @cindex automaton based pipeline description
7939 @cindex regular expressions
7940 @cindex deterministic finite state automaton
7941 @cindex automaton based scheduler
7942 @cindex RISC
7943 @cindex VLIW
7944
7945 To achieve better performance, most modern processors
7946 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7947 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7948 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7949 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7950 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7951 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7952 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7953 MIPS processors).
7954
7955 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7956 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7957 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7958 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7959 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7960 are not available but will be ready in given time after the
7961 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7962 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7963 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7964 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7965 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7966 means that two instructions under execution will be in need of shared
7967 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7968 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7969 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7970 processors.
7971
7972 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7973 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7974 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7975 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7976 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7977 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7978 @dfn{regular expressions}.
7979
7980 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7981 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7982 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7983 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7984 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7985 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7986 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7987 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7988 furthermore, its speed is not dependent on processor
7989 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7990 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7991 can split orthogonal parts of the machine description among several
7992 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7993 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7994
7995 @cindex automaton based pipeline description
7996 The rest of this section describes the directives that constitute
7997 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7998 these constructions within the machine description file is not
7999 important.
8000
8001 @findex define_automaton
8002 @cindex pipeline hazard recognizer
8003 The following optional construction describes names of automata
8004 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
8005 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
8006 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
8007 units to the automata, the total size of the automata is usually
8008 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
8009 construction, only one finite state automaton is generated.
8010
8011 @smallexample
8012 (define_automaton @var{automata-names})
8013 @end smallexample
8014
8015 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
8016 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
8017 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
8018 @code{define_query_cpu_unit}.
8019
8020 @findex define_cpu_unit
8021 @cindex processor functional units
8022 Each processor functional unit used in the description of instruction
8023 reservations should be described by the following construction.
8024
8025 @smallexample
8026 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8027 @end smallexample
8028
8029 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
8030 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
8031 for other goals.
8032
8033 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8034 which the unit is bound.  The automaton should be described in
8035 construction @code{define_automaton}.  You should give
8036 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
8037
8038 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
8039 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
8040 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
8041 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
8042 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
8043 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
8044 description of the subsequent constructions.
8045
8046 @findex define_query_cpu_unit
8047 @cindex querying function unit reservations
8048 The following construction describes CPU functional units analogously
8049 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
8050 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
8051 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
8052 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
8053 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
8054 @acronym{VLIW} insn templates).
8055
8056 @smallexample
8057 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
8058 @end smallexample
8059
8060 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
8061 separated by commas.
8062
8063 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
8064 which the unit is bound.
8065
8066 @findex define_insn_reservation
8067 @cindex instruction latency time
8068 @cindex regular expressions
8069 @cindex data bypass
8070 The following construction is the major one to describe pipeline
8071 characteristics of an instruction.
8072
8073 @smallexample
8074 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
8075                          @var{condition} @var{regexp})
8076 @end smallexample
8077
8078 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
8079 instruction.  There is an important difference between the old
8080 description and the automaton based pipeline description.  The latency
8081 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
8082 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
8083 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
8084 zero and the cost of output dependencies is the difference between
8085 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
8086 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
8087 change the default costs for any description by using the target hook
8088 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
8089
8090 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
8091 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
8092 the automaton description file generated for debugging.  The internal
8093 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
8094 good practice to use insn classes described in the processor manual.
8095
8096 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
8097 construction.  You should remember that you will be in trouble if
8098 @var{condition} for two or more different
8099 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
8100 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
8101 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
8102 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
8103 the same value is quite difficult (especially if the conditions
8104 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
8105 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
8106 recognizer considerably.
8107
8108 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
8109 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
8110 expression according to the following syntax:
8111
8112 @smallexample
8113        regexp = regexp "," oneof
8114               | oneof
8115
8116        oneof = oneof "|" allof
8117              | allof
8118
8119        allof = allof "+" repeat
8120              | repeat
8121
8122        repeat = element "*" number
8123               | element
8124
8125        element = cpu_function_unit_name
8126                | reservation_name
8127                | result_name
8128                | "nothing"
8129                | "(" regexp ")"
8130 @end smallexample
8131
8132 @itemize @bullet
8133 @item
8134 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
8135 the reservation.
8136
8137 @item
8138 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
8139 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
8140 regular expression @strong{or} etc.
8141
8142 @item
8143 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
8144 regular expression @strong{and} a reservation described by the
8145 second regular expression @strong{and} etc.
8146
8147 @item
8148 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
8149 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
8150 advancing (see @samp{,}).
8151
8152 @item
8153 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
8154 functional unit.
8155
8156 @item
8157 @samp{reservation_name} --- see description of construction
8158 @samp{define_reservation}.
8159
8160 @item
8161 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
8162 @end itemize
8163
8164 @findex define_reservation
8165 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
8166 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
8167 the common part by the following construction
8168
8169 @smallexample
8170 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
8171 @end smallexample
8172
8173 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
8174 Functional unit names and reservation names are in the same name
8175 space.  So the reservation names should be different from the
8176 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
8177
8178 @findex define_bypass
8179 @cindex instruction latency time
8180 @cindex data bypass
8181 The following construction is used to describe exceptions in the
8182 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
8183
8184 @smallexample
8185 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
8186                [@var{guard}])
8187 @end smallexample
8188
8189 @var{number} defines when the result generated by the instructions
8190 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
8191 instructions given in string @var{in_insn_names}.  Each of these
8192 strings is a comma-separated list of filename-style globs and
8193 they refer to the names of @code{define_insn_reservation}s.
8194 For example:
8195 @smallexample
8196 (define_bypass 1 "cpu1_load_*, cpu1_store_*" "cpu1_load_*")
8197 @end smallexample
8198 defines a bypass between instructions that start with
8199 @samp{cpu1_load_} or @samp{cpu1_store_} and those that start with
8200 @samp{cpu1_load_}.
8201
8202 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
8203 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
8204 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
8205 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
8206 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
8207 of insn @samp{store} (not a stored value).
8208
8209 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
8210 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
8211 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
8212 bypass without the guard function is chosen.
8213
8214 @findex exclusion_set
8215 @findex presence_set
8216 @findex final_presence_set
8217 @findex absence_set
8218 @findex final_absence_set
8219 @cindex VLIW
8220 @cindex RISC
8221 The following five constructions are usually used to describe
8222 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
8223 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
8224 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
8225
8226 @smallexample
8227 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
8228 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8229 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8230 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8231 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
8232 @end smallexample
8233
8234 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
8235 separated by commas.
8236
8237 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
8238 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
8239 separated by white-spaces.
8240
8241 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
8242 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
8243 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
8244 example, the construction is useful for describing processors
8245 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
8246 functional unit which can execute simultaneously only single floating
8247 point insns or only double floating point insns.
8248
8249 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
8250 functional unit in the first string can not be reserved unless at
8251 least one of pattern of units whose names are in the second string is
8252 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
8253 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
8254 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
8255 construction
8256
8257 @smallexample
8258 (presence_set "slot1" "slot0")
8259 @end smallexample
8260
8261 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8262 reservation.  In this case we could write
8263
8264 @smallexample
8265 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
8266 @end smallexample
8267
8268 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
8269 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
8270 done.  When an instruction is issued in given automaton state
8271 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
8272 state is changed.  The first state is a source state, the second one
8273 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
8274 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
8275 done on the result reservation.  This construction is useful to
8276 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
8277 For example, if we use
8278
8279 @smallexample
8280 (presence_set "slot1" "slot0")
8281 @end smallexample
8282
8283 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
8284 @samp{slot0} which is absent in the source state).
8285
8286 @smallexample
8287 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
8288 @end smallexample
8289
8290 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
8291
8292 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
8293 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
8294 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
8295 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
8296 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
8297 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
8298 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
8299 can be described as:
8300
8301 @smallexample
8302 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
8303 @end smallexample
8304
8305 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
8306 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
8307 this case we could write
8308
8309 @smallexample
8310 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
8311 @end smallexample
8312
8313 All functional units mentioned in a set should belong to the same
8314 automaton.
8315
8316 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
8317 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
8318 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
8319
8320 @findex automata_option
8321 @cindex deterministic finite state automaton
8322 @cindex nondeterministic finite state automaton
8323 @cindex finite state automaton minimization
8324 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
8325 the following construction.
8326
8327 @smallexample
8328 (automata_option @var{options})
8329 @end smallexample
8330
8331 @var{options} is a string giving options which affect the generated
8332 code.  Currently there are the following options:
8333
8334 @itemize @bullet
8335 @item
8336 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
8337 only worth to do when we are debugging the description and need to
8338 look more accurately at reservations of states.
8339
8340 @item
8341 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
8342 automata.
8343
8344 @item
8345 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
8346 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
8347
8348 @item
8349 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
8350 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
8351 verification and debugging.
8352
8353 @item
8354 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
8355 non-critical errors.
8356
8357 @item
8358 @dfn{no-comb-vect} prevents the automaton generator from generating
8359 two data structures and comparing them for space efficiency.  Using
8360 a comb vector to represent transitions may be better, but it can be
8361 very expensive to construct.  This option is useful if the build
8362 process spends an unacceptably long time in genautomata.
8363
8364 @item
8365 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
8366 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
8367 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
8368 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
8369 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
8370 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
8371
8372 @item
8373 @dfn{collapse-ndfa} modifies the behaviour of the generator when
8374 producing an automaton.  An additional state transition to collapse a
8375 nondeterministic @acronym{NDFA} state to a deterministic @acronym{DFA}
8376 state is generated.  It can be triggered by passing @code{const0_rtx} to
8377 state_transition.  In such an automaton, cycle advance transitions are
8378 available only for these collapsed states.  This option is useful for
8379 ports that want to use the @code{ndfa} option, but also want to use
8380 @code{define_query_cpu_unit} to assign units to insns issued in a cycle.
8381
8382 @item
8383 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
8384 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
8385 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
8386 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
8387 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
8388 huge automaton.
8389 @end itemize
8390
8391 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
8392 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
8393 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
8394 the following functional units.
8395
8396 @smallexample
8397 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
8398 (define_cpu_unit "port0, port1")
8399 @end smallexample
8400
8401 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
8402 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
8403 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
8404 are issued into the second pipeline.  Integer division and
8405 multiplication insns can be executed only in the second integer
8406 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
8407 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
8408 integer division insn can not be issued until the current division
8409 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
8410 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
8411 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
8412 incurred.  To describe all of this we could specify
8413
8414 @smallexample
8415 (define_cpu_unit "div")
8416
8417 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
8418                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
8419
8420 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
8421                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
8422
8423 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
8424                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
8425
8426 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
8427                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
8428
8429 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
8430 @end smallexample
8431
8432 To simplify the description we could describe the following reservation
8433
8434 @smallexample
8435 (define_reservation "finish" "port0|port1")
8436 @end smallexample
8437
8438 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
8439 construction
8440
8441 @smallexample
8442 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
8443                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
8444 @end smallexample
8445
8446
8447 @end ifset
8448 @ifset INTERNALS
8449 @node Conditional Execution
8450 @section Conditional Execution
8451 @cindex conditional execution
8452 @cindex predication
8453
8454 A number of architectures provide for some form of conditional
8455 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
8456 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
8457 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
8458 can be quite tedious to describe these forms directly in the
8459 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
8460
8461 @findex define_cond_exec
8462 @smallexample
8463 (define_cond_exec
8464   [@var{predicate-pattern}]
8465   "@var{condition}"
8466   "@var{output-template}")
8467 @end smallexample
8468
8469 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
8470 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
8471 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
8472 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
8473 alternative.
8474
8475 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
8476 pattern to match.
8477
8478 @findex current_insn_predicate
8479 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
8480 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
8481 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
8482 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
8483 In order to handle the general case, there is a global variable
8484 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
8485 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
8486
8487 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
8488 the @code{predicable} instruction attribute is made.
8489 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
8490 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
8491 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
8492 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
8493 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
8494 list of values.  If that is the case, the port should also define an
8495 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
8496 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
8497
8498 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
8499 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
8500 generated that matches a predicated version of the instruction.
8501 For example,
8502
8503 @smallexample
8504 (define_insn "addsi"
8505   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8506         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8507                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
8508   "@var{test1}"
8509   "add %2,%1,%0")
8510
8511 (define_cond_exec
8512   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
8513        (const_int 0))]
8514   "@var{test2}"
8515   "(%0)")
8516 @end smallexample
8517
8518 @noindent
8519 generates a new pattern
8520
8521 @smallexample
8522 (define_insn ""
8523   [(cond_exec
8524      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
8525      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8526           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8527                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
8528   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
8529   "(%3) add %2,%1,%0")
8530 @end smallexample
8531
8532 @end ifset
8533 @ifset INTERNALS
8534 @node Constant Definitions
8535 @section Constant Definitions
8536 @cindex constant definitions
8537 @findex define_constants
8538
8539 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
8540 can be a maintenance problem.
8541
8542 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
8543 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
8544 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
8545 if the corresponding value had been written instead.  You may use
8546 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
8547 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
8548 a different value.
8549
8550 To come back to the a29k load multiple example, instead of
8551
8552 @smallexample
8553 (define_insn ""
8554   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8555      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8556            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8557       (use (reg:SI 179))
8558       (clobber (reg:SI 179))])]
8559   ""
8560   "loadm 0,0,%1,%2")
8561 @end smallexample
8562
8563 You could write:
8564
8565 @smallexample
8566 (define_constants [
8567     (R_BP 177)
8568     (R_FC 178)
8569     (R_CR 179)
8570     (R_Q  180)
8571 ])
8572
8573 (define_insn ""
8574   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8575      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8576            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8577       (use (reg:SI R_CR))
8578       (clobber (reg:SI R_CR))])]
8579   ""
8580   "loadm 0,0,%1,%2")
8581 @end smallexample
8582
8583 The constants that are defined with a define_constant are also output
8584 in the insn-codes.h header file as #defines.
8585
8586 @cindex enumerations
8587 @findex define_c_enum
8588 You can also use the machine description file to define enumerations.
8589 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
8590 are visible to both the machine description file and the main C code.
8591
8592 The syntax is as follows:
8593
8594 @smallexample
8595 (define_c_enum "@var{name}" [
8596   @var{value0}
8597   @var{value1}
8598   @dots{}
8599   @var{valuen}
8600 ])
8601 @end smallexample
8602
8603 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
8604 in @file{insn-constants.h}:
8605
8606 @smallexample
8607 enum @var{name} @{
8608   @var{value0} = 0,
8609   @var{value1} = 1,
8610   @dots{}
8611   @var{valuen} = @var{n}
8612 @};
8613 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
8614 @end smallexample
8615
8616 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
8617 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
8618 file, just as if it had been declared with:
8619
8620 @smallexample
8621 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
8622 @end smallexample
8623
8624 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
8625 begins with @var{cname}.
8626
8627 You can split the enumeration definition into as many statements as
8628 you like.  The above example is directly equivalent to:
8629
8630 @smallexample
8631 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8632 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8633 @dots{}
8634 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8635 @end smallexample
8636
8637 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8638 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8639 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8640 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8641 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8642
8643 Some enumeration names have special significance to GCC:
8644
8645 @table @code
8646 @item unspecv
8647 @findex unspec_volatile
8648 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8649 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8650
8651 @smallexample
8652 (define_c_enum "unspecv" [
8653   UNSPECV_BLOCKAGE
8654 ])
8655 @end smallexample
8656
8657 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8658
8659 @smallexample
8660 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8661 @end smallexample
8662
8663 @item unspec
8664 @findex unspec
8665 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8666 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8667 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8668 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8669 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8670 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8671 for both.
8672 @end table
8673
8674 @findex define_enum
8675 @anchor{define_enum}
8676 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8677
8678 @smallexample
8679 (define_enum "@var{name}" [
8680   @var{value0}
8681   @var{value1}
8682   @dots{}
8683   @var{valuen}
8684 ])
8685 @end smallexample
8686
8687 This directive implies:
8688
8689 @smallexample
8690 (define_c_enum "@var{name}" [
8691   @var{cname}_@var{cvalue0}
8692   @var{cname}_@var{cvalue1}
8693   @dots{}
8694   @var{cname}_@var{cvaluen}
8695 ])
8696 @end smallexample
8697
8698 @findex define_enum_attr
8699 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8700 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8701 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8702 (@pxref{define_enum_attr}).
8703 @end ifset
8704 @ifset INTERNALS
8705 @node Iterators
8706 @section Iterators
8707 @cindex iterators in @file{.md} files
8708
8709 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8710 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8711 facilities to make this process easier.
8712
8713 @menu
8714 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8715 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8716 @end menu
8717
8718 @node Mode Iterators
8719 @subsection Mode Iterators
8720 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8721
8722 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8723 For example:
8724
8725 @itemize @bullet
8726 @item
8727 If a processor has hardware support for both single and double
8728 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8729 very similar to the @code{DFmode} ones.
8730
8731 @item
8732 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8733 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8734 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8735 @end itemize
8736
8737 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8738 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8739 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8740 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8741
8742 @menu
8743 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8744 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8745 * Examples::                Examples
8746 @end menu
8747
8748 @node Defining Mode Iterators
8749 @subsubsection Defining Mode Iterators
8750 @findex define_mode_iterator
8751
8752 The syntax for defining a mode iterator is:
8753
8754 @smallexample
8755 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8756 @end smallexample
8757
8758 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8759 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8760 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8761 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8762 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8763 C condition will also require that @var{condi} be true.
8764
8765 For example:
8766
8767 @smallexample
8768 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8769 @end smallexample
8770
8771 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8772 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8773 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8774 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8775 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8776
8777 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8778 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8779 to @code{@var{mode}}.  For example:
8780
8781 @smallexample
8782 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8783 @end smallexample
8784
8785 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8786 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8787
8788 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8789 significant if two iterators are used in a construct that requires
8790 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8791
8792 @node Substitutions
8793 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8794 @findex define_mode_attr
8795
8796 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8797 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8798 example:
8799
8800 @itemize @bullet
8801 @item
8802 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8803 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8804 appropriate mode name for @var{m}.
8805
8806 @item
8807 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8808 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8809
8810 @item
8811 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8812 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8813 mode for the other operand(s).
8814 @end itemize
8815
8816 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8817 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8818 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8819 upper case.  You can define other attributes using:
8820
8821 @smallexample
8822 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8823 @end smallexample
8824
8825 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8826 is the value associated with @var{modei}.
8827
8828 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8829 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8830 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8831 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8832 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8833 value.
8834
8835 For example, suppose an @file{.md} file has:
8836
8837 @smallexample
8838 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8839 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8840 @end smallexample
8841
8842 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8843 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8844 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8845 @code{"ld\t%0,%1"}.
8846
8847 Here is an example of using an attribute for a mode:
8848
8849 @smallexample
8850 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8851 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8852 (define_insn @dots{}
8853   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8854 @end smallexample
8855
8856 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8857 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8858
8859 @node Examples
8860 @subsubsection Mode Iterator Examples
8861
8862 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8863 modes and attributes (among others):
8864
8865 @smallexample
8866 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8867 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8868 @end smallexample
8869
8870 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8871 and @code{subdi3}:
8872
8873 @smallexample
8874 (define_insn "sub<mode>3"
8875   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8876         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8877                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8878   ""
8879   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8880   [(set_attr "type" "arith")
8881    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8882 @end smallexample
8883
8884 This is exactly equivalent to:
8885
8886 @smallexample
8887 (define_insn "subsi3"
8888   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8889         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8890                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8891   ""
8892   "subu\t%0,%1,%2"
8893   [(set_attr "type" "arith")
8894    (set_attr "mode" "SI")])
8895
8896 (define_insn "subdi3"
8897   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8898         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8899                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8900   ""
8901   "dsubu\t%0,%1,%2"
8902   [(set_attr "type" "arith")
8903    (set_attr "mode" "DI")])
8904 @end smallexample
8905
8906 @node Code Iterators
8907 @subsection Code Iterators
8908 @cindex code iterators in @file{.md} files
8909 @findex define_code_iterator
8910 @findex define_code_attr
8911
8912 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8913
8914 The construct:
8915
8916 @smallexample
8917 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8918 @end smallexample
8919
8920 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8921 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8922 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8923
8924 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8925 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8926 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8927 @xref{Defining Mode Iterators}.
8928
8929 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8930 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8931 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8932 Other attributes are defined using:
8933
8934 @smallexample
8935 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8936 @end smallexample
8937
8938 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8939
8940 @smallexample
8941 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8942                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8943
8944 (define_expand "b<code>"
8945   [(set (pc)
8946         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8947                                    (const_int 0))
8948                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8949                       (pc)))]
8950   ""
8951 @{
8952   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8953   DONE;
8954 @})
8955 @end smallexample
8956
8957 This is equivalent to:
8958
8959 @smallexample
8960 (define_expand "bunordered"
8961   [(set (pc)
8962         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8963                                     (const_int 0))
8964                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8965                       (pc)))]
8966   ""
8967 @{
8968   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8969   DONE;
8970 @})
8971
8972 (define_expand "bordered"
8973   [(set (pc)
8974         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8975                                   (const_int 0))
8976                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8977                       (pc)))]
8978   ""
8979 @{
8980   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8981   DONE;
8982 @})
8983
8984 @dots{}
8985 @end smallexample
8986
8987 @end ifset