OSDN Git Service

* doc/md.texi (msub@var{m}@var{n}4, usub@var{m}@var{n}4): Document.
[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 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
903
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
907
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
922
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
929
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
941
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
948
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
955
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
961
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
964
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
973
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
976
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
982 @{
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
986
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
989 @})
990 @end group
991 @end smallexample
992
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1005
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1009
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1015
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1024
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1029
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1037
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1046
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1054 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1055 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1056 @end menu
1057 @end ifset
1058
1059 @ifclear INTERNALS
1060 @menu
1061 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1062 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1063 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1064 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1065 @end menu
1066 @end ifclear
1067
1068 @node Simple Constraints
1069 @subsection Simple Constraints
1070 @cindex simple constraints
1071
1072 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1073 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1074 the letters that are allowed:
1075
1076 @table @asis
1077 @item whitespace
1078 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1079 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1080 be visually aligned in the machine description even if they have different
1081 number of constraints and modifiers.
1082
1083 @cindex @samp{m} in constraint
1084 @cindex memory references in constraints
1085 @item @samp{m}
1086 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1087 supports in general.
1088
1089 @cindex offsettable address
1090 @cindex @samp{o} in constraint
1091 @item @samp{o}
1092 A memory operand is allowed, but only if the address is
1093 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1094 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1095 may be added to the address and the result is also a valid memory
1096 address.
1097
1098 @cindex autoincrement/decrement addressing
1099 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1100 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1101 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1102 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1103 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1104 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1105 addressing modes that the machine supports.
1106
1107 Note that in an output operand which can be matched by another
1108 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1109 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1110 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1111
1112 @cindex @samp{V} in constraint
1113 @item @samp{V}
1114 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1115 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1116
1117 @cindex @samp{<} in constraint
1118 @item @samp{<}
1119 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1120 postdecrement) is allowed.
1121
1122 @cindex @samp{>} in constraint
1123 @item @samp{>}
1124 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1125 postincrement) is allowed.
1126
1127 @cindex @samp{r} in constraint
1128 @cindex registers in constraints
1129 @item @samp{r}
1130 A register operand is allowed provided that it is in a general
1131 register.
1132
1133 @cindex constants in constraints
1134 @cindex @samp{i} in constraint
1135 @item @samp{i}
1136 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1137 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1138 assembly time or later.
1139
1140 @cindex @samp{n} in constraint
1141 @item @samp{n}
1142 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1143 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1144 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1145 rather than @samp{i}.
1146
1147 @cindex @samp{I} in constraint
1148 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1149 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1150 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1151 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1152 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1153 This is the range permitted as a shift count in the shift
1154 instructions.
1155
1156 @cindex @samp{E} in constraint
1157 @item @samp{E}
1158 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1159 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1160 that of the host machine (on which the compiler is running).
1161
1162 @cindex @samp{F} in constraint
1163 @item @samp{F}
1164 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1165 @code{const_vector}) is allowed.
1166
1167 @cindex @samp{G} in constraint
1168 @cindex @samp{H} in constraint
1169 @item @samp{G}, @samp{H}
1170 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1171 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1172
1173 @cindex @samp{s} in constraint
1174 @item @samp{s}
1175 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1176 allowed.
1177
1178 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1179 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1180 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1181 better code to be generated.
1182
1183 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1184 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1185 and 127, better code results from loading the value into a register and
1186 using the register.  This is because the load into the register can be
1187 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1188 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1189 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1190 constraints.
1191
1192 @cindex @samp{g} in constraint
1193 @item @samp{g}
1194 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1195 registers that are not general registers.
1196
1197 @cindex @samp{X} in constraint
1198 @item @samp{X}
1199 @ifset INTERNALS
1200 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1201 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1202 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1203 require a scratch register.
1204 @end ifset
1205 @ifclear INTERNALS
1206 Any operand whatsoever is allowed.
1207 @end ifclear
1208
1209 @cindex @samp{0} in constraint
1210 @cindex digits in constraint
1211 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1212 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1213 digit is used together with letters within the same alternative, the
1214 digit should come last.
1215
1216 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1217 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1218 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1219 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1220 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1221 can use multiple alternatives instead.
1222
1223 @cindex matching constraint
1224 @cindex constraint, matching
1225 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1226 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1227 @ifset INTERNALS
1228 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1229 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1230 @end ifset
1231 @ifclear INTERNALS
1232 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1233 two input operands and an output operand, but on most CISC
1234 @end ifclear
1235 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1236 input-output operand:
1237
1238 @smallexample
1239 addl #35,r12
1240 @end smallexample
1241
1242 Matching constraints are used in these circumstances.
1243 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1244 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1245 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1246 constraint.
1247
1248 @ifset INTERNALS
1249 For operands to match in a particular case usually means that they
1250 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1251 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1252 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1253 For proper results in such cases, the output template should always
1254 use the output-operand's number when printing the operand.
1255 @end ifset
1256
1257 @cindex load address instruction
1258 @cindex push address instruction
1259 @cindex address constraints
1260 @cindex @samp{p} in constraint
1261 @item @samp{p}
1262 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1263 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1264
1265 @findex address_operand
1266 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1267 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1268 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1269 reference for which the address would be valid.
1270
1271 @cindex other register constraints
1272 @cindex extensible constraints
1273 @item @var{other-letters}
1274 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1275 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1276 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1277 for data, address and floating point registers.
1278 @end table
1279
1280 @ifset INTERNALS
1281 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1282 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1283 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1284 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1285 done by copying an operand into a register.
1286
1287 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1288
1289 @smallexample
1290 (define_insn ""
1291   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1292         (plus:SI (match_dup 0)
1293                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1294   ""
1295   "@dots{}")
1296 @end smallexample
1297
1298 @noindent
1299 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1300
1301 @smallexample
1302 (define_insn ""
1303   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1304         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1305                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1306   ""
1307   "@dots{}")
1308 @end smallexample
1309
1310 @noindent
1311 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1312 identical.  If we are considering an insn of the form
1313
1314 @smallexample
1315 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1316   (set (reg:SI 3)
1317        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1318   @dots{})
1319 @end smallexample
1320
1321 @noindent
1322 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1323 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1324 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1325 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1326 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1327 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1328 results might look like this:
1329
1330 @smallexample
1331 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1332   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1333   @dots{})
1334
1335 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1336   (set (reg:SI 3)
1337        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1338   @dots{})
1339 @end smallexample
1340
1341 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1342 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1343 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1344 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1345 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1346 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1347 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1348 reloading any possible operand so that it will fit.
1349
1350 @itemize @bullet
1351 @item
1352 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1353 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1354
1355 For example, an operand whose constraints permit everything except
1356 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1357
1358 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1359 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1360 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1361 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1362 more selective.
1363
1364 @item
1365 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1366 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1367 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1368 compiler knows how to copy a register into another register of the
1369 proper class in order to make an instruction valid.
1370
1371 @cindex nonoffsettable memory reference
1372 @cindex memory reference, nonoffsettable
1373 @item
1374 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1375 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1376 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1377
1378 @item
1379 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1380 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1381 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1382 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1383
1384 @item
1385 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1386 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1387 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1388 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1389 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1390 objects allowed by the constraint.
1391 @end itemize
1392
1393 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1394 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1395 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1396 how to copy a register temporarily into memory.
1397
1398 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1399 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1400 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1401 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1402 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1403 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1404 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1405 @code{sign_extend}.
1406 @end ifset
1407
1408 @node Multi-Alternative
1409 @subsection Multiple Alternative Constraints
1410 @cindex multiple alternative constraints
1411
1412 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1413 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1414 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1415 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1416 another.
1417
1418 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1419 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1420 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1421 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1422 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1423 @ifset INTERNALS
1424 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1425
1426 @smallexample
1427 (define_insn "iorsi3"
1428   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1429         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1430                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1431   @dots{})
1432 @end smallexample
1433
1434 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1435 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1436 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1437 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1438 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1439 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1440 @end ifset
1441
1442 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1443 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1444 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1445 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1446 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1447 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1448 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1449
1450 @table @code
1451 @cindex @samp{?} in constraint
1452 @cindex question mark
1453 @item ?
1454 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1455 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1456 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1457 in it.
1458
1459 @cindex @samp{!} in constraint
1460 @cindex exclamation point
1461 @item !
1462 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1463 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1464 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1465 @end table
1466
1467 @ifset INTERNALS
1468 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1469 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1470 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1471 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1472 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1473 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1474 @end ifset
1475
1476 @ifset INTERNALS
1477 @node Class Preferences
1478 @subsection Register Class Preferences
1479 @cindex class preference constraints
1480 @cindex register class preference constraints
1481
1482 @cindex voting between constraint alternatives
1483 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1484 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1485 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1486 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1487 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1488 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1489 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1490 favor of a general register.  The machine description says which registers
1491 are considered general.
1492
1493 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1494 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1495 @end ifset
1496
1497 @node Modifiers
1498 @subsection Constraint Modifier Characters
1499 @cindex modifiers in constraints
1500 @cindex constraint modifier characters
1501
1502 @c prevent bad page break with this line
1503 Here are constraint modifier characters.
1504
1505 @table @samp
1506 @cindex @samp{=} in constraint
1507 @item =
1508 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1509 value is discarded and replaced by output data.
1510
1511 @cindex @samp{+} in constraint
1512 @item +
1513 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1514
1515 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1516 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1517 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1518 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1519 are assumed to be input only.
1520
1521 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1522 first character of the constraint string.
1523
1524 @cindex @samp{&} in constraint
1525 @cindex earlyclobber operand
1526 @item &
1527 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1528 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1529 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1530 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1531 address.
1532
1533 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1534 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1535 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1536 @samp{movdf} insn of the 68000.
1537
1538 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1539 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1540 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1541 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1542 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1543
1544 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1545
1546 @cindex @samp{%} in constraint
1547 @item %
1548 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1549 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1550 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1551 constraints.
1552 @ifset INTERNALS
1553 This is often used in patterns for addition instructions
1554 that really have only two operands: the result must go in one of the
1555 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1556 instruction is defined:
1557
1558 @smallexample
1559 (define_insn "addhi3"
1560   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1561      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1562               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1563   @dots{})
1564 @end smallexample
1565 @end ifset
1566 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1567 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1568 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1569 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1570 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1571 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1572 @samp{%} to make the intended insn match.
1573
1574 @cindex @samp{#} in constraint
1575 @item #
1576 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1577 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1578 register preferences.
1579
1580 @cindex @samp{*} in constraint
1581 @item *
1582 Says that the following character should be ignored when choosing
1583 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1584 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1585
1586 @ifset INTERNALS
1587 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1588 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1589 copying it into an address register.  While either kind of register is
1590 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1591 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1592 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1593 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1594 register preferences.
1595
1596 @smallexample
1597 (define_insn "extendhisi2"
1598   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1599         (sign_extend:SI
1600          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1601   @dots{})
1602 @end smallexample
1603 @end ifset
1604 @end table
1605
1606 @node Machine Constraints
1607 @subsection Constraints for Particular Machines
1608 @cindex machine specific constraints
1609 @cindex constraints, machine specific
1610
1611 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1612 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1613 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1614 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1615 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1616 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1617 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1618 immediate-constant format.
1619
1620 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1621 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1622 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1623 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1624 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1625 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1626 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1627 table heading for each architecture is the definitive reference for
1628 the meanings of that architecture's constraints.
1629  
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1635
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1638
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1642
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1646
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1651
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1654
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1657
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1660
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1663
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1667
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1670
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1673
1674 @item Uv
1675 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1676
1677 @item Uy
1678 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1679
1680 @item Uq
1681 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1682 @end table
1683
1684 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1688
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1691
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1694
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1697
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1700
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1703
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1706
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1709
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1712
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1715
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1718
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1721
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1724
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1727
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1730
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1733
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1736
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1739
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1742
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1746
1747 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1748 @table @code
1749
1750 @item b
1751 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1752
1753 @item l
1754 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1755
1756 @item h
1757 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1758
1759 @item k
1760 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1761
1762 @item I
1763 Constant that fits in 3 bits
1764
1765 @item J
1766 Constant that fits in 4 bits
1767
1768 @item K
1769 Constant that fits in 5 bits
1770
1771 @item L
1772 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1773
1774 @item G
1775 Floating point constant that is legal for store immediate
1776 @end table
1777
1778 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1779 @table @code
1780 @item b
1781 Address base register
1782
1783 @item f
1784 Floating point register
1785
1786 @item v
1787 Vector register
1788
1789 @item h
1790 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1791
1792 @item q
1793 @samp{MQ} register
1794
1795 @item c
1796 @samp{CTR} register
1797
1798 @item l
1799 @samp{LINK} register
1800
1801 @item x
1802 @samp{CR} register (condition register) number 0
1803
1804 @item y
1805 @samp{CR} register (condition register)
1806
1807 @item z
1808 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1809
1810 @item I
1811 Signed 16-bit constant
1812
1813 @item J
1814 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1815 @code{SImode} constants)
1816
1817 @item K
1818 Unsigned 16-bit constant
1819
1820 @item L
1821 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1822
1823 @item M
1824 Constant larger than 31
1825
1826 @item N
1827 Exact power of 2
1828
1829 @item O
1830 Zero
1831
1832 @item P
1833 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1834
1835 @item G
1836 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1837 instruction per word
1838
1839 @item H
1840 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1841 three instructions
1842
1843 @item Q
1844 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1845 for @code{asm} statements)
1846
1847 @item Z
1848 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1849 preferable for @code{asm} statements)
1850
1851 @item R
1852 AIX TOC entry
1853
1854 @item a
1855 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1856 preferable for @code{asm} statements)
1857
1858 @item S
1859 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1860
1861 @item T
1862 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1863
1864 @item U
1865 System V Release 4 small data area reference
1866
1867 @item t
1868 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1869
1870 @item W
1871 Vector constant that does not require memory
1872
1873 @end table
1874
1875 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1876 @table @code
1877 @item I
1878 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1879
1880 @item J
1881 The constant 0.
1882
1883 @item K
1884 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1885
1886 @item L
1887 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1888 bits are zero).
1889
1890 @item M
1891 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1892 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1893
1894 @item N
1895 Negative 16-bit constants other than -65536.
1896
1897 @item O
1898 A 15-bit signed integer constant.
1899
1900 @item P
1901 A positive 16-bit constant.
1902 @end table
1903
1904 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1905 @table @code
1906 @item R
1907 Legacy register---the eight integer registers available on all
1908 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1909 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1910
1911 @item q
1912 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1913 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1914
1915 @item Q
1916 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1917 @code{c}, and @code{d}.
1918
1919 @ifset INTERNALS
1920 @item l
1921 Any register that can be used as the index in a base+index memory
1922 access: that is, any general register except the stack pointer.
1923 @end ifset
1924
1925 @item a
1926 The @code{a} register.
1927
1928 @item b
1929 The @code{b} register.
1930
1931 @item c
1932 The @code{c} register.
1933
1934 @item d
1935 The @code{d} register.
1936
1937 @item S
1938 The @code{si} register.
1939
1940 @item D
1941 The @code{di} register.
1942
1943 @item A
1944 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
1945 return half the result in one and half in the other).
1946
1947 @item f
1948 Any 80387 floating-point (stack) register.
1949
1950 @item t
1951 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
1952
1953 @item u
1954 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
1955
1956 @item y
1957 Any MMX register.
1958
1959 @item x
1960 Any SSE register.
1961
1962 @ifset INTERNALS
1963 @item Y
1964 Any SSE2 register.
1965 @end ifset
1966
1967 @item I
1968 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
1969
1970 @item J
1971 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
1972
1973 @item K
1974 Signed 8-bit integer constant.
1975
1976 @item L
1977 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
1978
1979 @item M
1980 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
1981
1982 @item N
1983 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
1984 instructions).
1985
1986 @ifset INTERNALS
1987 @item O
1988 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
1989 @end ifset
1990
1991 @item G
1992 Standard 80387 floating point constant.
1993
1994 @item C
1995 Standard SSE floating point constant.
1996
1997 @item e
1998 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
1999 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2000 instructions).
2001
2002 @item Z
2003 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2004 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2005 instructions).
2006
2007 @end table
2008
2009 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2010 @table @code
2011 @item a
2012 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2013
2014 @item b
2015 Branch register
2016
2017 @item c
2018 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2019
2020 @item d
2021 Application register residing in M-unit
2022
2023 @item e
2024 Application register residing in I-unit
2025
2026 @item f
2027 Floating-point register
2028
2029 @item m
2030 Memory operand.
2031 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2032 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2033 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2034
2035 @item G
2036 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2037
2038 @item I
2039 14-bit signed integer constant
2040
2041 @item J
2042 22-bit signed integer constant
2043
2044 @item K
2045 8-bit signed integer constant for logical instructions
2046
2047 @item L
2048 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2049
2050 @item M
2051 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2052
2053 @item N
2054 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2055
2056 @item O
2057 The constant zero
2058
2059 @item P
2060 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2061
2062 @item Q
2063 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2064
2065 @item R
2066 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2067
2068 @item S
2069 Memory operand except postincrement and postdecrement
2070 @end table
2071
2072 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2073 @table @code
2074 @item a
2075 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2076
2077 @item b
2078 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2079
2080 @item c
2081 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2082 @code{icc0} to @code{icc3}).
2083
2084 @item d
2085 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2086
2087 @item e
2088 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2089 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2090 mode larger than 4 bytes.
2091
2092 @item f
2093 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2094
2095 @item h
2096 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2097 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2098 mode larger than 4 bytes.
2099
2100 @item l
2101 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2102
2103 @item q
2104 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2105 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2106 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2107
2108 @item t
2109 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2110
2111 @item u
2112 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2113
2114 @item v
2115 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2116
2117 @item w
2118 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2119
2120 @item x
2121 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2122 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2123 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2124
2125 @item z
2126 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2127
2128 @item A
2129 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2130
2131 @item B
2132 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2133
2134 @item C
2135 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2136
2137 @item G
2138 Floating point constant zero
2139
2140 @item I
2141 6-bit signed integer constant
2142
2143 @item J
2144 10-bit signed integer constant
2145
2146 @item L
2147 16-bit signed integer constant
2148
2149 @item M
2150 16-bit unsigned integer constant
2151
2152 @item N
2153 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2154 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2155
2156 @item O
2157 Constant zero
2158
2159 @item P
2160 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2161 range of 1 to 2047.
2162
2163 @end table
2164
2165 @item Blackfin family---@file{config/bfin/bfin.h}
2166 @table @code
2167 @item a
2168 P register
2169
2170 @item d
2171 D register
2172
2173 @item z
2174 A call clobbered P register.
2175
2176 @item D
2177 Even-numbered D register
2178
2179 @item W
2180 Odd-numbered D register
2181
2182 @item e
2183 Accumulator register.
2184
2185 @item A
2186 Even-numbered accumulator register.
2187
2188 @item B
2189 Odd-numbered accumulator register.
2190
2191 @item b
2192 I register
2193
2194 @item v
2195 B register
2196
2197 @item f
2198 M register
2199
2200 @item c
2201 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2202
2203 @item C
2204 The CC register.
2205
2206 @item t
2207 LT0 or LT1.
2208
2209 @item k
2210 LC0 or LC1.
2211
2212 @item u
2213 LB0 or LB1.
2214
2215 @item x
2216 Any D, P, B, M, I or L register.
2217
2218 @item y
2219 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2220 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2221
2222 @item w
2223 Any register except accumulators or CC.
2224
2225 @item Ksh
2226 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2227
2228 @item Kuh
2229 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2230
2231 @item Ks7
2232 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2233
2234 @item Ku7
2235 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2236
2237 @item Ku5
2238 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2239
2240 @item Ks4
2241 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2242
2243 @item Ks3
2244 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2245
2246 @item Ku3
2247 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2248
2249 @item P@var{n}
2250 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2251
2252 @item PA
2253 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2254 use with either accumulator.
2255
2256 @item PB
2257 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2258 use only with accumulator A1.
2259
2260 @item M1
2261 Constant 255.
2262
2263 @item M2
2264 Constant 65535.
2265
2266 @item J
2267 An integer constant with exactly a single bit set.
2268
2269 @item L
2270 An integer constant with all bits set except exactly one.
2271
2272 @item H
2273
2274 @item Q
2275 Any SYMBOL_REF.
2276 @end table
2277
2278 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2279 @table @code
2280 @item Rsp
2281 @itemx Rfb
2282 @itemx Rsb
2283 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2284
2285 @item Rcr
2286 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2287 registers are 24 bits wide)
2288
2289 @item Rcl
2290 Any control register, when they're 24 bits wide.
2291
2292 @item R0w
2293 @itemx R1w
2294 @itemx R2w
2295 @itemx R3w
2296 $r0, $r1, $r2, $r3.
2297
2298 @item R02
2299 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2300
2301 @item R13
2302 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2303
2304 @item Rdi
2305 A register that can hold a 64 bit value.
2306
2307 @item Rhl
2308 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2309
2310 @item R23
2311 $r2 or $r3
2312
2313 @item Raa
2314 Address registers
2315
2316 @item Raw
2317 Address registers when they're 16 bits wide.
2318
2319 @item Ral
2320 Address registers when they're 24 bits wide.
2321
2322 @item Rqi
2323 Registers that can hold QI values.
2324
2325 @item Rad
2326 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2327
2328 @item Rsi
2329 Registers that can hold 32 bit values.
2330
2331 @item Rhi
2332 Registers that can hold 16 bit values.
2333
2334 @item Rhc
2335 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2336 registers.
2337
2338 @item Rra
2339 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2340
2341 @item Rfl
2342 The flags register.
2343
2344 @item Rmm
2345 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2346
2347 @item Rpi
2348 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2349 bit registers for m32cm, m32c).
2350
2351 @item Rpa
2352 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2353 Used to match function return values.
2354
2355 @item Is3
2356 -8 @dots{} 7
2357
2358 @item IS1
2359 -128 @dots{} 127
2360
2361 @item IS2
2362 -32768 @dots{} 32767
2363
2364 @item IU2
2365 0 @dots{} 65535
2366
2367 @item In4
2368 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2369
2370 @item In5
2371 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2372
2373 @item In6
2374 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2375
2376 @item IM2
2377 -65536 @dots{} -1
2378
2379 @item Ilb
2380 An 8 bit value with exactly one bit set.
2381
2382 @item Ilw
2383 A 16 bit value with exactly one bit set.
2384
2385 @item Sd
2386 The common src/dest memory addressing modes.
2387
2388 @item Sa
2389 Memory addressed using $a0 or $a1.
2390
2391 @item Si
2392 Memory addressed with immediate addresses.
2393
2394 @item Ss
2395 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2396
2397 @item Sf
2398 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2399
2400 @item Ss
2401 Memory addressed using the small base register ($sb).
2402
2403 @item S1
2404 $r1h
2405 @end table
2406
2407 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2408 @table @code
2409 @item d
2410 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2411 generating MIPS16 code.
2412
2413 @item f
2414 A floating-point register (if available).
2415
2416 @item h
2417 The @code{hi} register.
2418
2419 @item l
2420 The @code{lo} register.
2421
2422 @item x
2423 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2424
2425 @item c
2426 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2427 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2428
2429 @item y
2430 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2431
2432 @item z
2433 A floating-point condition code register.
2434
2435 @item I
2436 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2437
2438 @item J
2439 Integer zero.
2440
2441 @item K
2442 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2443
2444 @item L
2445 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2446 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2447
2448 @item M
2449 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2450 or @code{ori}.
2451
2452 @item N
2453 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2454
2455 @item O
2456 A signed 15-bit constant.
2457
2458 @item P
2459 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2460
2461 @item G
2462 Floating-point zero.
2463
2464 @item R
2465 An address that can be used in a non-macro load or store.
2466 @end table
2467
2468 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/m68k.h}
2469 @table @code
2470 @item a
2471 Address register
2472
2473 @item d
2474 Data register
2475
2476 @item f
2477 68881 floating-point register, if available
2478
2479 @item I
2480 Integer in the range 1 to 8
2481
2482 @item J
2483 16-bit signed number
2484
2485 @item K
2486 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2487
2488 @item L
2489 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2490
2491 @item M
2492 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2493
2494 @item G
2495 Floating point constant that is not a 68881 constant
2496 @end table
2497
2498 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2499 @table @code
2500 @item a
2501 Register `a'
2502
2503 @item b
2504 Register `b'
2505
2506 @item d
2507 Register `d'
2508
2509 @item q
2510 An 8-bit register
2511
2512 @item t
2513 Temporary soft register _.tmp
2514
2515 @item u
2516 A soft register _.d1 to _.d31
2517
2518 @item w
2519 Stack pointer register
2520
2521 @item x
2522 Register `x'
2523
2524 @item y
2525 Register `y'
2526
2527 @item z
2528 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2529
2530 @item A
2531 An address register: x, y or z
2532
2533 @item B
2534 An address register: x or y
2535
2536 @item D
2537 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2538
2539 @item L
2540 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2541
2542 @item M
2543 Constants whose 16-bit low part is zero
2544
2545 @item N
2546 Constant integer 1 or @minus{}1
2547
2548 @item O
2549 Constant integer 16
2550
2551 @item P
2552 Constants in the range @minus{}8 to 2
2553
2554 @end table
2555
2556 @need 1000
2557 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2558 @table @code
2559 @item f
2560 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2561 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2562
2563 @item e
2564 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2565 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2566 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2567
2568 @item c
2569 Floating-point condition code register.
2570
2571 @item d
2572 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2573 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2574
2575 @item b
2576 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2577 when the Visual Instruction Set is available.
2578
2579 @item h
2580 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2581
2582 @item I
2583 Signed 13-bit constant
2584
2585 @item J
2586 Zero
2587
2588 @item K
2589 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2590 loaded with the @code{sethi} instruction)
2591
2592 @item L
2593 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2594
2595 @item M
2596 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2597
2598 @item N
2599 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2600 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2601 modes wider than @code{SImode}
2602
2603 @item O
2604 The constant 4096
2605
2606 @item G
2607 Floating-point zero
2608
2609 @item H
2610 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2611
2612 @item Q
2613 Floating-point constant whose integral representation can
2614 be moved into an integer register using a single sethi
2615 instruction
2616
2617 @item R
2618 Floating-point constant whose integral representation can
2619 be moved into an integer register using a single mov
2620 instruction
2621
2622 @item S
2623 Floating-point constant whose integral representation can
2624 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2625 instruction sequence
2626
2627 @item T
2628 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2629
2630 @item U
2631 Even register
2632
2633 @item W
2634 Memory address for @samp{e} constraint registers
2635
2636 @item Y
2637 Vector zero
2638
2639 @end table
2640
2641 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2642 @table @code
2643 @item a
2644 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2645
2646 @item c
2647 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2648
2649 @item d
2650 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2651
2652 @item f
2653 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2654
2655 @item A
2656 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2657
2658 @item B
2659 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2660
2661 @item C
2662 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2663
2664 @item D
2665 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2666
2667 @item I
2668 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2669
2670 @item J
2671 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2672
2673 @item K
2674 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2675
2676 @item M
2677 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2678
2679 @item N
2680 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2681
2682 @item O
2683 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2684
2685 @item P
2686 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2687
2688 @item R
2689 Call operand, reg, for indirect calls 
2690
2691 @item S
2692 Call operand, symbol, for relative calls.  
2693
2694 @item T
2695 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2696
2697 @item U
2698 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2699
2700 @item W
2701 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2702
2703 @item Y
2704 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2705
2706 @item Z
2707 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2708
2709 @end table
2710
2711 @item TMS320C3x/C4x---@file{config/c4x/c4x.h}
2712 @table @code
2713 @item a
2714 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2715
2716 @item b
2717 Stack pointer register (sp)
2718
2719 @item c
2720 Standard (32-bit) precision integer register
2721
2722 @item f
2723 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2724
2725 @item k
2726 Block count register (bk)
2727
2728 @item q
2729 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2730
2731 @item t
2732 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2733
2734 @item u
2735 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2736
2737 @item v
2738 Repeat count register (rc)
2739
2740 @item x
2741 Index register (ir0-ir1)
2742
2743 @item y
2744 Status (condition code) register (st)
2745
2746 @item z
2747 Data page register (dp)
2748
2749 @item G
2750 Floating-point zero
2751
2752 @item H
2753 Immediate 16-bit floating-point constant
2754
2755 @item I
2756 Signed 16-bit constant
2757
2758 @item J
2759 Signed 8-bit constant
2760
2761 @item K
2762 Signed 5-bit constant
2763
2764 @item L
2765 Unsigned 16-bit constant
2766
2767 @item M
2768 Unsigned 8-bit constant
2769
2770 @item N
2771 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2772
2773 @item O
2774 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2775
2776 @item Q
2777 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2778
2779 @item R
2780 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2781
2782 @item S
2783 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2784
2785 @item T
2786 Direct memory reference
2787
2788 @item U
2789 Symbolic address
2790
2791 @end table
2792
2793 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2794 @table @code
2795 @item a
2796 Address register (general purpose register except r0)
2797
2798 @item c
2799 Condition code register
2800
2801 @item d
2802 Data register (arbitrary general purpose register)
2803
2804 @item f
2805 Floating-point register
2806
2807 @item I
2808 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2809
2810 @item J
2811 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2812
2813 @item K
2814 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2815
2816 @item L
2817 Value appropriate as displacement.
2818 @table @code
2819        @item (0..4095)
2820        for short displacement
2821        @item (-524288..524287)
2822        for long displacement
2823 @end table
2824
2825 @item M
2826 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2827
2828 @item N
2829 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2830 @table @code
2831          @item 0..9:
2832          number of the part counting from most to least significant
2833          @item H,Q:
2834          mode of the part
2835          @item D,S,H:
2836          mode of the containing operand
2837          @item 0,F:
2838          value of the other parts (F---all bits set)
2839 @end table
2840 The constraint matches if the specified part of a constant
2841 has a value different from it's other parts.
2842
2843 @item Q
2844 Memory reference without index register and with short displacement.
2845
2846 @item R
2847 Memory reference with index register and short displacement.
2848
2849 @item S
2850 Memory reference without index register but with long displacement.
2851
2852 @item T
2853 Memory reference with index register and long displacement.
2854
2855 @item U
2856 Pointer with short displacement.
2857
2858 @item W
2859 Pointer with long displacement.
2860
2861 @item Y
2862 Shift count operand.
2863
2864 @end table
2865
2866 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2867 @table @code
2868 @item d
2869 Registers from r0 to r32.
2870
2871 @item e
2872 Registers from r0 to r16.
2873
2874 @item t
2875 r8---r11 or r22---r27 registers.
2876
2877 @item h
2878 hi register.
2879
2880 @item l
2881 lo register.
2882
2883 @item x
2884 hi + lo register.
2885
2886 @item q
2887 cnt register.
2888
2889 @item y
2890 lcb register.
2891
2892 @item z
2893 scb register.
2894
2895 @item a
2896 cnt + lcb + scb register.
2897
2898 @item c
2899 cr0---cr15 register.
2900
2901 @item b
2902 cp1 registers.
2903
2904 @item f
2905 cp2 registers.
2906
2907 @item i
2908 cp3 registers.
2909
2910 @item j
2911 cp1 + cp2 + cp3 registers.
2912
2913 @item I
2914 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
2915
2916 @item J
2917 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
2918
2919 @item K
2920 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
2921
2922 @item L
2923 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
2924
2925 @item M
2926 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
2927
2928 @item N
2929 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
2930
2931 @item Z
2932 Any SYMBOL_REF.
2933 @end table
2934
2935 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
2936 @table @code
2937 @item a
2938 Register r0.
2939
2940 @item b
2941 Register r1.
2942
2943 @item c
2944 Register r2.
2945
2946 @item d
2947 Register r8.
2948
2949 @item e
2950 Registers r0 through r7.
2951
2952 @item t
2953 Registers r0 and r1.
2954
2955 @item y
2956 The carry register.
2957
2958 @item z
2959 Registers r8 and r9.
2960
2961 @item I
2962 A constant between 0 and 3 inclusive.
2963
2964 @item J
2965 A constant that has exactly one bit set.
2966
2967 @item K
2968 A constant that has exactly one bit clear.
2969
2970 @item L
2971 A constant between 0 and 255 inclusive.
2972
2973 @item M
2974 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2975
2976 @item N
2977 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2978
2979 @item O
2980 A constant between 1 and 4 inclusive.
2981
2982 @item P
2983 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2984
2985 @item Q
2986 A memory reference that is a stack push.
2987
2988 @item R
2989 A memory reference that is a stack pop.
2990
2991 @item S
2992 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2993
2994 @item T
2995 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2996
2997 @item U
2998 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2999
3000 @item Z
3001 The constant 0.
3002
3003 @end table
3004
3005 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3006 @table @code
3007 @item a
3008 General-purpose 32-bit register
3009
3010 @item b
3011 One-bit boolean register
3012
3013 @item A
3014 MAC16 40-bit accumulator register
3015
3016 @item I
3017 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3018
3019 @item J
3020 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3021
3022 @item K
3023 Integer constant valid for BccI instructions
3024
3025 @item L
3026 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3027
3028 @end table
3029
3030 @end table
3031
3032 @ifset INTERNALS
3033 @node Define Constraints
3034 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3035 @cindex defining constraints
3036 @cindex constraints, defining
3037
3038 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3039 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3040 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3041 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3042
3043 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3044 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3045 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3046 must begin with a letter or underscore. 
3047
3048 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3049 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3050 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3051 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3052 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3053 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3054
3055 Register constraints correspond directly to register classes.
3056 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3057 definitions.
3058
3059 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3060 All three arguments are string constants.
3061 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3062 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3063 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3064 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3065 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3066 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3067 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3068 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3069 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3070 is not available on a given subarchitecture.
3071
3072 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3073 constraint.  Docstrings are explained further below.
3074 @end deffn
3075
3076 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3077 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3078 constraint matches.
3079
3080 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3081 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3082 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3083 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3084 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3085 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3086 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3087 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3088 might match, just like predicate expressions.
3089
3090 @code{match_test} C expressions have access to the
3091 following variables:
3092
3093 @table @var
3094 @item op
3095 The RTL object defining the operand.
3096 @item mode
3097 The machine mode of @var{op}.
3098 @item ival
3099 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3100 @item hval
3101 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3102 @code{const_double}.
3103 @item lval
3104 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3105 @code{const_double}.
3106 @item rval
3107 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3108 @code{const_double}.
3109 @end table
3110
3111 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3112 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3113 object.
3114 @end deffn
3115
3116 Most non-register constraints should be defined with
3117 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3118 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3119 by @code{reload} if they fail to match.
3120
3121 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3122 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3123 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3124 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3125 base register (from the register class specified by
3126 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3127
3128 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3129 memory references, but only those that do not make use of an index
3130 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3131 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3132 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3133 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3134 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3135 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3136
3137 The syntax and semantics are otherwise identical to
3138 @code{define_constraint}.
3139 @end deffn
3140
3141 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3142 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3143 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3144 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3145 with @var{X} a base register.
3146
3147 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3148 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3149 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3150 the generic @samp{p} constraint.
3151
3152 The syntax and semantics are otherwise identical to
3153 @code{define_constraint}.
3154 @end deffn
3155
3156 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3157 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3158 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3159 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3160 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3161 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3162 it correctly:
3163
3164 @smallexample
3165 @group
3166 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3167   "@var{doc}@dots{}"
3168   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3169        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3170 @end group
3171 @end smallexample
3172 @c the semicolons line up in the formatted manual
3173
3174 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3175 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3176
3177 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3178 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3179 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3180 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3181 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3182 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3183 causes a reload failure.
3184
3185 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3186 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3187 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3188 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3189
3190 @node C Constraint Interface
3191 @subsection Testing constraints from C
3192 @cindex testing constraints
3193 @cindex constraints, testing
3194
3195 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3196 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3197 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3198 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3199 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3200 may change in the future.
3201
3202 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3203 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3204 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3205 the old constraint interface that machine-independent components of
3206 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3207 future.
3208
3209 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3210 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3211 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3212 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3213 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3214
3215 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3216 @example
3217 @multitable {Original} {Mangled}
3218 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3219 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3220 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3221 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3222 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3223 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3224 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3225 @end multitable
3226 @end example
3227
3228 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3229 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3230 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3231 a larger identifier).
3232
3233 @deftp Enum constraint_num
3234 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3235 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3236 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3237 argument expect one of these constants.
3238
3239 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3240 This may change in the future.
3241 @end deftp
3242
3243 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3244 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3245 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3246 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3247 before @file{tm_p.h}.
3248 @end deftypefun
3249
3250 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3251 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3252 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3253 specifies a register constraint, this function will always return
3254 @code{false}.
3255 @end deftypefun
3256
3257 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3258 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3259 a register constraint, or those registers are not available for the
3260 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3261 @end deftypefun
3262
3263 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3264 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3265 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3266 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3267 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3268 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3269 definition from the i386 machine description.)
3270
3271 @smallexample
3272 (define_peephole2
3273   [(match_scratch:SI 3 "r")
3274    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3275         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3276                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3277
3278   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3279
3280   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3281    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3282
3283   "")
3284 @end smallexample
3285
3286 @node Standard Names
3287 @section Standard Pattern Names For Generation
3288 @cindex standard pattern names
3289 @cindex pattern names
3290 @cindex names, pattern
3291
3292 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3293 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3294 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3295 pattern to accomplish a certain task.
3296
3297 @table @asis
3298 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3299 @item @samp{mov@var{m}}
3300 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3301 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3302 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3303
3304 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3305 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3306 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3307 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3308 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3309 outside the target word are left unchanged.
3310
3311 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3312 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3313 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3314 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3315 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3316
3317 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3318 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3319 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3320 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3321 into a register.
3322
3323 @findex force_reg
3324 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3325 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3326 registers other than the operands.  For example, if you support the
3327 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3328 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3329 function which might generate new pseudo registers.
3330
3331 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3332 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3333 some temporary registers.
3334
3335 @findex change_address
3336 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3337 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3338 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3339 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3340 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3341 an address into a valid address and no routine (such as
3342 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3343 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3344
3345 @findex reload_in_progress
3346 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3347 declared if required) can be used to determine whether such special
3348 handling is required.
3349
3350 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3351 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3352 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3353 machines explicit memory references will get optional reloads.
3354
3355 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3356 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3357
3358 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3359 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3360
3361 @findex no_new_pseudos
3362 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
3363 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3364 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3365
3366 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3367 register to any other hard register provided that
3368 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3369 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3370
3371 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3372 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3373 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3374 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3375 point members.
3376
3377 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3378 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3379 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3380 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3381 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3382 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3383 reload into a floating point register.
3384
3385 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3386 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3387 @item @samp{reload_in@var{m}}
3388 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3389 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3390 @code{secondary_reload}.
3391
3392 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3393 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3394 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3395 macro in @pxref{Register Classes}.
3396
3397 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3398 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3399 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3400 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3401 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3402 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3403 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3404 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3405 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3406 for these patterns.
3407
3408 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3409 @item @samp{movstrict@var{m}}
3410 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3411 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3412 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3413 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3414
3415 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3416 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3417 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3418 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3419 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3420 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3421 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3422
3423 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3424 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3425
3426 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3427 @item @samp{load_multiple}
3428 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3429 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3430 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3431 number of consecutive registers.
3432
3433 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3434 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3435 registers from memory is to do them one at a time.
3436
3437 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3438 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3439 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3440 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3441 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3442
3443 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3444 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3445 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3446 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3447 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3448
3449 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3450 @item @samp{store_multiple}
3451 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3452 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3453 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3454 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3455
3456 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3457 @item @samp{vec_set@var{m}}
3458 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3459 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3460
3461 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3462 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3463 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3464 specify field index and operand 0 place to store value into.
3465
3466 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3467 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3468 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3469 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3470 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3471 The output and input vectors should have the same modes. 
3472
3473 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3474 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3475 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3476 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3477 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3478 The output and input vectors should have the same modes.
3479
3480 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3481 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3482 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3483 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3484 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3485 @code{N/2} elements of the second input vector.
3486
3487 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3488 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3489 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3490 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3491 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3492 @code{N/2} elements of the second input vector.
3493
3494 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3495 @item @samp{vec_init@var{m}}
3496 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3497 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3498
3499 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3500 @item @samp{push@var{m}1}
3501 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3502 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3503 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3504 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3505 method is deprecated.
3506
3507 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3508 @item @samp{add@var{m}3}
3509 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3510 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3511 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3512
3513 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3514 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3515 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3516 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3517 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3518 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3519 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3520 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3521 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3522 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3523 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3524 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3525 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3526 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3527 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3528 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3529 Similar, for other arithmetic operations.
3530
3531 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3532 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3533 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3534 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3535 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3536 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3537
3538 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3539 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3540 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3541 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3542 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3543 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3544 modes.
3545
3546 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3547 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3548 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3549 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3550 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3551 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3552 modes.
3553
3554 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3555 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3556 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3557 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3558 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3559
3560 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3561 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3562 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3563 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3564 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3565
3566 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3567 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3568 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3569 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3570 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3571 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3572 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3573 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3574 is of the same mode as operand 3. 
3575
3576 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3577 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3578 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3579 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3580 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3581 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3582 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3583 of a wider mode.)
3584
3585 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3586 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3587 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3588 Whole vector left/right shift in bits.
3589 Operand 1 is a vector to be shifted.
3590 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3591 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3592 The output and input vectors should have the same modes.
3593
3594 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3595 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3596 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3597 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3598 of size S.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3599 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3600
3601 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3602 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3603 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3604 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
3605 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
3606 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3607 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
3608 saturating arithmetic.
3609
3610 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3611 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3612 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
3613 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
3614 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
3615 elements of size S.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
3616 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
3617 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3618
3619 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3620 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3621 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3622 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
3623 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
3624 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
3625 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3626
3627 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3628 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3629 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3630 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3631 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3632 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
3633 are vectors with N signed/unsigned elements of size S.  Multiply the high/low
3634 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
3635 output vector (operand 0).
3636
3637 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3638 @item @samp{mulhisi3}
3639 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3640 a @code{SImode} product in operand 0.
3641
3642 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3643 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3644 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3645 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3646
3647 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3648 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3649 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3650 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3651 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3652 multiplication.
3653
3654 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3655 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3656 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3657 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3658 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3659 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3660 multiplication.
3661
3662 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3663 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3664 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3665 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3666 The least significant half of the product is discarded.
3667
3668 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3669 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3670 Similar, but the multiplication is unsigned.
3671
3672 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3673 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
3674 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
3675 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3676 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3677 Both modes must be integer modes and @var{n} must be twice
3678 the size of @var{m}.
3679
3680 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
3681 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
3682
3683 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3684
3685 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3686 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
3687 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3688 operands instead of sign-extending them.
3689
3690 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3691 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
3692 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
3693 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3694 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3695 Both modes must be integer modes and @var{n} must be twice
3696 the size of @var{m}.
3697
3698 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
3699 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
3700 from operand 3.
3701
3702 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3703
3704 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3705 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
3706 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3707 operands instead of sign-extending them.
3708
3709 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3710 @item @samp{divmod@var{m}4}
3711 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3712 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3713 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3714
3715 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3716 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3717 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3718 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3719 and remainder are computed.
3720
3721 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3722 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3723 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3724 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3725 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3726
3727 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3728 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3729 Similar, but does unsigned division.
3730
3731 @anchor{shift patterns}
3732 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3733 @item @samp{ashl@var{m}3}
3734 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3735 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3736 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3737 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3738 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3739 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3740 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3741
3742 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3743 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3744 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3745 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3746 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3747 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3748 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3749
3750 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3751 @item @samp{neg@var{m}2}
3752 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3753
3754 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3755 @item @samp{abs@var{m}2}
3756 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3757
3758 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3759 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3760 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3761
3762 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3763 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3764 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3765 type @code{float}.
3766
3767 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
3768 @item @samp{fmod@var{m}3}
3769 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3770 operand 0, rounded towards zero to an integer.
3771
3772 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
3773 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
3774 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3775 type @code{float}.
3776
3777 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
3778 @item @samp{remainder@var{m}3}
3779 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3780 operand 0, rounded to the nearest integer.
3781
3782 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
3783 which corresponds to the C data type @code{double} and the
3784 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
3785 to the C data type @code{float}.
3786
3787 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3788 @item @samp{cos@var{m}2}
3789 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3790
3791 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3792 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3793 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3794 type @code{float}.
3795
3796 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3797 @item @samp{sin@var{m}2}
3798 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3799
3800 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3801 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3802 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3803 type @code{float}.
3804
3805 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3806 @item @samp{exp@var{m}2}
3807 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3808
3809 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3810 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3811 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3812 type @code{float}.
3813
3814 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3815 @item @samp{log@var{m}2}
3816 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3817
3818 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3819 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3820 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3821 type @code{float}.
3822
3823 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3824 @item @samp{pow@var{m}3}
3825 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3826 into operand 0.
3827
3828 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3829 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3830 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3831 type @code{float}.
3832
3833 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3834 @item @samp{atan2@var{m}3}
3835 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3836 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3837 determine the quadrant of the result.
3838
3839 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3840 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3841 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3842 type @code{float}.
3843
3844 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3845 @item @samp{floor@var{m}2}
3846 Store the largest integral value not greater than argument.
3847
3848 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3849 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3850 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3851 type @code{float}.
3852
3853 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3854 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3855 Store the argument rounded to integer towards zero.
3856
3857 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3858 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3859 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3860 type @code{float}.
3861
3862 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3863 @item @samp{round@var{m}2}
3864 Store the argument rounded to integer away from zero.
3865
3866 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3867 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3868 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3869 type @code{float}.
3870
3871 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3872 @item @samp{ceil@var{m}2}
3873 Store the argument rounded to integer away from zero.
3874
3875 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3876 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3877 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3878 type @code{float}.
3879
3880 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3881 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3882 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3883
3884 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3885 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3886 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3887 type @code{float}.
3888
3889 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3890 @item @samp{rint@var{m}2}
3891 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3892 raise the inexact exception when the result differs in value from
3893 the argument
3894
3895 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3896 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3897 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3898 type @code{float}.
3899
3900 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
3901 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
3902 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3903 point mode @var{n} as a signed number according to the current
3904 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3905
3906 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
3907 @item @samp{lround@var{m}2}
3908 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3909 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
3910 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3911
3912 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
3913 @item @samp{lfloor@var{m}2}
3914 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3915 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
3916 operand 0 (which has mode @var{n}).
3917
3918 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
3919 @item @samp{lceil@var{m}2}
3920 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3921 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
3922 operand 0 (which has mode @var{n}).
3923
3924 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3925 @item @samp{copysign@var{m}3}
3926 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3927 2 into operand 0.
3928
3929 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3930 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3931 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3932 type @code{float}.
3933
3934 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3935 @item @samp{ffs@var{m}2}
3936 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3937 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3938 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3939 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3940 generating the instruction.
3941
3942 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3943 corresponds to the C data type @code{int}.
3944
3945 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3946 @item @samp{clz@var{m}2}
3947 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3948 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3949 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3950 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3951 operand to that mode before generating the instruction.
3952
3953 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3954 @item @samp{ctz@var{m}2}
3955 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3956 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3957 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3958 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3959 operand to that mode before generating the instruction.
3960
3961 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3962 @item @samp{popcount@var{m}2}
3963 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3964 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3965 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3966 generating the instruction.
3967
3968 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3969 @item @samp{parity@var{m}2}
3970 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3971 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3972 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3973 the operand to that mode before generating the instruction.
3974
3975 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3976 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3977 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3978
3979 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3980 @item @samp{cmp@var{m}}
3981 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3982 The RTL pattern should look like this:
3983
3984 @smallexample
3985 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3986                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3987 @end smallexample
3988
3989 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3990 @item @samp{tst@var{m}}
3991 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3992 The RTL pattern should look like this:
3993
3994 @smallexample
3995 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3996 @end smallexample
3997
3998 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3999 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
4000 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
4001 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
4002
4003 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4004 @item @samp{movmem@var{m}}
4005 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4006 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4007 address in mode @code{Pmode}.
4008
4009 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4010 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4011 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4012 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4013 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4014 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4015 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4016
4017 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4018 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4019 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4020 it may provide the value 4 for this operand.
4021
4022 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4023 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4024 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4025 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4026
4027 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4028 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4029 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4030 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4031 individually moved data units in the block.
4032
4033 These patterns need not give special consideration to the possibility
4034 that the source and destination strings might overlap.
4035
4036 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4037 @item @samp{movstr}
4038 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4039 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4040 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4041 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4042 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4043 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4044
4045 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4046 @item @samp{setmem@var{m}}
4047 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4048 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4049 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4050 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4051 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4052 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4053
4054 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4055 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4056 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4057 operand.
4058
4059 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4060 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4061 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4062 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4063
4064 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4065
4066 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4067 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4068 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4069 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4070 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4071 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4072 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4073 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4074 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4075 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4076 indicates the result of the comparison.
4077
4078 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4079 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4080 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4081 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4082 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4083 @code{Pmode}.
4084
4085 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4086 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4087 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4088 it may provide the value 4 for this operand.
4089
4090 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4091 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4092 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4093 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4094 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4095 whose sign indicates the result of the comparison.
4096
4097 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4098 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4099 Block compare instruction, with five operands like the operands
4100 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4101 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4102 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4103 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4104 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4105 comparison.
4106
4107 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4108 @item @samp{strlen@var{m}}
4109 Compute the length of a string, with three operands.
4110 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4111 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4112 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4113 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4114 of the beginning of the string.
4115
4116 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4117 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4118 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4119 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4120 @var{n}).
4121
4122 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4123 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4124 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4125 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4126 @var{n}).
4127
4128 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4129 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4130 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4131 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4132 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4133 the value of operand 1 is an integer.
4134
4135 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4136 define the @code{ftrunc} pattern.
4137
4138 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4139 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4140 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4141 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4142 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4143 value of operand 1 is an integer.
4144
4145 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4146 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4147 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4148 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4149 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4150
4151 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4152 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4153 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4154 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4155
4156 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4157 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4158 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4159 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4160
4161 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4162 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4163 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4164 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4165 point or both floating point.
4166
4167 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4168 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4169 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4170 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4171 point or both floating point.
4172
4173 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4174 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4175 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4176 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4177 point.
4178
4179 @cindex @code{extv} instruction pattern
4180 @item @samp{extv}
4181 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4182 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4183 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4184 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4185 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4186 be valid for @code{word_mode}.
4187
4188 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4189 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4190
4191 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4192 before it is stored in operand 0.
4193
4194 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4195 @item @samp{extzv}
4196 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4197
4198 @cindex @code{insv} instruction pattern
4199 @item @samp{insv}
4200 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4201 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4202 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4203 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4204 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4205
4206 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4207 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4208
4209 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4210 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4211 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4212 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4213 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4214
4215 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4216 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4217 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4218 codes and vice versa.
4219
4220 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4221 define these patterns.
4222
4223 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4224 @item @samp{add@var{mode}cc}
4225 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4226 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4227 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4228 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4229
4230 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4231 @item @samp{s@var{cond}}
4232 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4233 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4234 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4235 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4236
4237 You specify the mode that the operand must have when you write the
4238 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4239 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4240
4241 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4242 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4243 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4244 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4245 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4246 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4247 should omit those operations from the machine description.
4248
4249 These operations may fail, but should do so only in relatively
4250 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4251 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4252
4253 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4254 that copies the constant one to the target and branches around an
4255 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4256 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4257 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4258 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4259 the machine description.
4260
4261 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4262 @item @samp{b@var{cond}}
4263 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4264 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4265 condition @var{cond}.
4266
4267 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4268 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4269 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4270 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4271 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4272 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4273 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4274 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4275
4276 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4277 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4278 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4279
4280 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4281 @samp{s@var{cond}} patterns.
4282
4283 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4284 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4285 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4286 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4287 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4288 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4289
4290 @cindex @code{jump} instruction pattern
4291 @item @samp{jump}
4292 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4293 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4294 on all machines.
4295
4296 @cindex @code{call} instruction pattern
4297 @item @samp{call}
4298 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4299 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4300 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4301 operands.
4302
4303 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4304 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4305 to put this information into the assembler code; they can put it in
4306 the RTL instead of operand 1.
4307
4308 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4309 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4310 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4311 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4312 instruction, the pattern for this operation should be a
4313 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4314 address into a register and uses that register in the call instruction.
4315
4316 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4317 @item @samp{call_value}
4318 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4319 register in which the value is returned.  There are three more
4320 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4321 instruction (but with numbers increased by one).
4322
4323 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4324 insn.
4325
4326 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4327 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4328 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4329 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4330 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4331 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4332 adjustment made to the frame pointer.
4333
4334 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4335 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4336 can be eliminated, if desired.
4337
4338 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4339 @item @samp{untyped_call}
4340 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4341 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4342 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4343 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4344 the saving of a function return value into the result block.
4345
4346 This instruction pattern should be defined to support
4347 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4348 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4349 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4350 multiple registers that can hold a return value
4351 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4352
4353 @cindex @code{return} instruction pattern
4354 @item @samp{return}
4355 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4356 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4357 from a function.
4358
4359 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4360 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4361 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4362 some class of functions only requires one instruction to implement a
4363 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4364 to save any registers or allocate stack space.
4365
4366 @findex reload_completed
4367 @findex leaf_function_p
4368 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4369 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4370 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4371 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4372 a register window push is required.
4373
4374 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4375 such as
4376
4377 @smallexample
4378 (define_insn ""
4379   [(set (pc)
4380         (if_then_else (match_operator
4381                          0 "comparison_operator"
4382                          [(cc0) (const_int 0)])
4383                       (return)
4384                       (pc)))]
4385   "@var{condition}"
4386   "@dots{}")
4387 @end smallexample
4388
4389 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4390 named @samp{return} pattern.
4391
4392 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4393 @item @samp{untyped_return}
4394 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4395 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4396 instructions are needed to return a value of any type.
4397
4398 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4399 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4400 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4401 the restoring of a function return value from the result block.
4402
4403 @cindex @code{nop} instruction pattern
4404 @item @samp{nop}
4405 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4406 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4407 RTL pattern.
4408
4409 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4410 @item @samp{indirect_jump}
4411 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4412 This pattern name is mandatory on all machines.
4413
4414 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4415 @item @samp{casesi}
4416 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4417 This instruction takes five operands:
4418
4419 @enumerate
4420 @item
4421 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4422
4423 @item
4424 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4425
4426 @item
4427 The total range of indices in the table---the largest index
4428 minus the smallest one (both inclusive).
4429
4430 @item
4431 A label that precedes the table itself.
4432
4433 @item
4434 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4435 @end enumerate
4436
4437 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4438 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4439 difference between the upper bound and the lower bound.
4440
4441 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4442 @item @samp{tablejump}
4443 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4444 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4445 is no @samp{casesi} pattern.
4446
4447 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4448 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4449 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4450 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4451 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4452 mode @code{Pmode}.
4453
4454 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4455 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4456 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4457 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4458
4459
4460 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4461 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4462 Conditional branch instruction that decrements a register and
4463 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4464 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4465 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4466
4467 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4468 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4469 reduction is enabled.
4470
4471 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4472 @item @samp{doloop_end}
4473 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4474 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4475 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4476 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4477 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4478 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4479 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4480 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4481 @xref{Looping Patterns}.
4482
4483 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4484 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4485 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4486 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4487 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4488 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4489 too large for this instruction, make it fail.
4490
4491 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4492 @item @samp{doloop_begin}
4493 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4494 need to perform some initialization, such as loading special registers
4495 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4496 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4497 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4498
4499
4500 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4501 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4502 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4503 into operand 0.
4504
4505 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4506 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4507 and also has mode @code{Pmode}.
4508
4509 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4510 the address of the function which would be called if the function
4511 pointer were used in an indirect call.
4512
4513 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4514 can have different values but still call the same function when
4515 used in an indirect call.
4516
4517 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4518 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4519 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4520 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4521 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4522 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4523 @item @samp{save_stack_block}
4524 @itemx @samp{save_stack_function}
4525 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4526 @itemx @samp{restore_stack_block}
4527 @itemx @samp{restore_stack_function}
4528 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4529 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4530 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4531 such machines.
4532
4533 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4534 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4535 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4536 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4537 saves and restores are:
4538
4539 @enumerate
4540 @item
4541 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4542 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4543 restores the stack pointer when the block is exited.
4544
4545 @item
4546 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4547 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4548 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4549 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4550 restore sequence on some machines.
4551
4552 @item
4553 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4554 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4555 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4556 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4557 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4558 and restoring additional data such as register window information or
4559 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4560 such required data.
4561 @end enumerate
4562
4563 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4564 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4565 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4566 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4567 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4568 for a particular type of save (either because no save is needed or
4569 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4570 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4571 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4572 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4573
4574 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4575 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4576 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4577
4578 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4579 @item @samp{allocate_stack}
4580 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4581 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4582
4583 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4584 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4585 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4586 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4587 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4588 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4589 stack is free.
4590
4591 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4592 Some machines require other operations such as stack probes or
4593 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4594 operations in addition to updating the stack pointer.
4595
4596 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4597 @item @samp{check_stack}
4598 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4599 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4600 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4601 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4602 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4603 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4604 limit from a global or thread-specific variable or register.
4605
4606 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4607 @item @samp{nonlocal_goto}
4608 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4609 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4610 each representing a value to be used in the jump.  The first
4611 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4612 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4613 the third is the address of a location where the stack is saved,
4614 and the last is the address of the label, to be placed in the
4615 location for the incoming static chain.
4616
4617 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4618 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4619 and static chain, restore the stack (using the
4620 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4621 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4622 not work on your machine.
4623
4624 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4625 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4626 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4627 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4628 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4629 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4630 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4631 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4632 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4633 There are no arguments.
4634
4635 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4636 @item @samp{exception_receiver}
4637 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4638 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4639 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4640 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4641 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4642 an exception.  There are no arguments.
4643
4644 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4645 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4646 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4647 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4648 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4649 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4650 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4651 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4652 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4653 the first three are normally used by the generic mechanism.
4654
4655 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4656 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4657 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4658 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4659 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4660 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4661 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4662 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4663 at a small offset from that label.
4664
4665 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4666 @item @samp{builtin_longjmp}
4667 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4668 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4669 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4670 @code{jmp_buf}.
4671
4672 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4673 @item @samp{eh_return}
4674 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4675 and thence the call frame exception handling library routines, are
4676 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4677 the abnormal return path.
4678
4679 The address of the exception handler to which the function should return
4680 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4681 the pattern to some special register or memory location.
4682 If the pattern needs to determine the location of the target call
4683 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4684 if defined; it will have already been assigned.
4685
4686 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4687 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4688 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4689 handling is to be used.
4690
4691 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4692 @anchor{prologue instruction pattern}
4693 @item @samp{prologue}
4694 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4695 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4696 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4697
4698 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4699 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4700
4701 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4702 instruction scheduling.
4703
4704 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4705 @anchor{epilogue instruction pattern}
4706 @item @samp{epilogue}
4707 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4708 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4709 registers and emitting the return instruction.
4710
4711 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4712 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4713
4714 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4715 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4716
4717 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4718 @item @samp{sibcall_epilogue}
4719 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4720 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4721 sibling call (aka tail call) sites.
4722
4723 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4724 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4725 function.
4726
4727 @cindex @code{trap} instruction pattern
4728 @item @samp{trap}
4729 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4730 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4731 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4732
4733 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4734 @item @samp{conditional_trap}
4735 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4736 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4737
4738 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4739
4740 @smallexample
4741 (define_insn "conditional_trap"
4742   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4743              [(cc0) (const_int 0)])
4744             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4745   ""
4746   "@dots{}")
4747 @end smallexample
4748
4749 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4750 @item @samp{prefetch}
4751
4752 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4753 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4754 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4755 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4756 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4757 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4758 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4759 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4760 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4761
4762 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4763 the values of operands 1 and 2.
4764
4765 @cindex @code{blockage} instruction pattern
4766 @item @samp{blockage}
4767
4768 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
4769 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
4770 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
4771
4772 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4773 @item @samp{memory_barrier}
4774
4775 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4776 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4777 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4778 This pattern has no operands.
4779
4780 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4781 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4782
4783 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4784 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4785 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4786 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4787 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4788 of the operation; it should contain the contents of the memory
4789 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4790 a copy of operand 2.
4791
4792 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4793
4794 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4795 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4796 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4797 after the atomic operation.
4798
4799 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4800 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4801
4802 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4803 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4804 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4805 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4806
4807 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4808 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4809 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4810 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4811 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4812
4813 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4814 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4815 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4816 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4817 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4818 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4819 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4820 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4821 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4822
4823 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4824 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4825 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4826
4827 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4828
4829 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4830 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4831 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4832 after the atomic operation.
4833
4834 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4835 from a compare-and-swap operation, if defined.
4836
4837 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4838 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4839 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4840 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4841 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4842 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4843 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4844 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4845 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4846
4847 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4848 and return the value that the memory contained before the operation.
4849 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4850 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4851 to the binary operator.
4852
4853 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4854 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4855 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4856 after the atomic operation.
4857
4858 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4859 from a compare-and-swap operation, if defined.
4860
4861 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4862 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4863 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4864 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4865 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4866 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4867 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4868 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4869 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4870
4871 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4872 except that they return the value that exists in the memory location
4873 after the operation, rather than before the operation.
4874
4875 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4876 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4877
4878 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4879 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4880 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4881 is the value to set in the lock.
4882
4883 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4884 which the previous value in memory operand is copied into the result
4885 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4886
4887 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4888 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4889 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4890 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4891 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4892
4893 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4894 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4895 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4896
4897 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4898 a compare-and-swap operation, if defined.
4899
4900 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4901 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4902
4903 This pattern, if defined, releases a lock set by
4904 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4905 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4906
4907 If the target doesn't implement full semantics for
4908 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4909 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4910 of the memory operand are implementation defined.
4911
4912 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4913 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4914 released only after all previous memory operations have completed.
4915
4916 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4917 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4918
4919 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4920 @item @samp{stack_protect_set}
4921
4922 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4923 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4924 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4925 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4926 having clobbered it.
4927
4928 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4929
4930 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4931 @item @samp{stack_protect_test}
4932
4933 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4934 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4935 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4936 weren't equal.
4937
4938 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4939 conditional branch pattern is used.
4940
4941 @end table
4942
4943 @end ifset
4944 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4945 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4946 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4947 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4948 @ifset INTERNALS
4949 @node Pattern Ordering
4950 @section When the Order of Patterns Matters
4951 @cindex Pattern Ordering
4952 @cindex Ordering of Patterns
4953
4954 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4955 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4956 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4957 and faster instructions (those that will produce better code when they
4958 do match) should usually go first in the description.
4959
4960 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4961 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4962 instruction for converting a fullword to floating point and another
4963 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4964 an integer to floating point could match either one.  We put the
4965 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4966 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4967 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4968 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4969 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4970 constant value.
4971
4972 @end ifset
4973 @ifset INTERNALS
4974 @node Dependent Patterns
4975 @section Interdependence of Patterns
4976 @cindex Dependent Patterns
4977 @cindex Interdependence of Patterns
4978
4979 Every machine description must have a named pattern for each of the
4980 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4981 must always have the form
4982
4983 @smallexample
4984 (set (pc)
4985      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4986                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4987                    (pc)))
4988 @end smallexample
4989
4990 @noindent
4991 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4992 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4993 look like
4994
4995 @smallexample
4996 (set (pc)
4997      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4998                    (pc)
4999                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
5000 @end smallexample
5001
5002 @noindent
5003 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
5004 branches into reverse-conditional branches.
5005
5006 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
5007 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
5008 example,
5009
5010 @smallexample
5011 (define_insn ""
5012   [(set (pc)
5013         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
5014                                       [(cc0) (const_int 0)])
5015                       (pc)
5016                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
5017   "@var{condition}"
5018   "@dots{}")
5019 @end smallexample
5020
5021 In some cases machines support instructions identical except for the
5022 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5023 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5024 patterns are
5025
5026 @smallexample
5027 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5028      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5029
5030 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5031      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5032 @end smallexample
5033
5034 @noindent
5035 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5036 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5037 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5038 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5039 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5040 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5041
5042 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5043 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5044 compilations.
5045
5046 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5047 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5048 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5049 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5050 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5051 that supports register-register add insns by examining the operands and
5052 generating the appropriate machine instruction.
5053
5054 @end ifset
5055 @ifset INTERNALS
5056 @node Jump Patterns
5057 @section Defining Jump Instruction Patterns
5058 @cindex jump instruction patterns
5059 @cindex defining jump instruction patterns
5060
5061 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5062 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5063 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5064 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5065 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5066 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5067 way.
5068
5069 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5070 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5071 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5072 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5073 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5074 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5075 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5076 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5077 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5078 can treat signed and unsigned branches identically.
5079
5080 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5081 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5082 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5083 until the end.
5084
5085 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5086 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5087 compare instruction is superfluous.
5088
5089 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5090 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5091 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5092 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5093 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5094
5095 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5096 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5097 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5098 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5099 above in addition to any special patterns you define.
5100
5101 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5102 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5103 these machines, the restriction that the definition and use of the
5104 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5105 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5106 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5107 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5108 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5109 separate the definition and use of the condition code register.
5110
5111 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5112 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5113 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5114 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5115 multiple condition registers, use a pseudo register.
5116
5117 @findex prev_cc0_setter
5118 @findex next_cc0_user
5119 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5120 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5121 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5122 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5123 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5124 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5125 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5126 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5127 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5128 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5129 and @code{next_cc0_user}.
5130
5131 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5132 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5133 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5134 we use the machine mode of the condition code register to record
5135 different formats of the condition code register.
5136
5137 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5138 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5139 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5140 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5141 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5142 a mode given an operand of a compare.
5143
5144 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5145 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5146 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5147 be specified at that time.
5148
5149 If the cases that require different modes would be made by instruction
5150 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5151 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5152 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5153 discussed above, we have the pattern
5154
5155 @smallexample
5156 (define_insn ""
5157   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5158         (compare:CC_NOOV
5159           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5160                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5161           (const_int 0)))]
5162   ""
5163   "@dots{}")
5164 @end smallexample
5165
5166 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5167 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5168
5169 @end ifset
5170 @ifset INTERNALS
5171 @node Looping Patterns
5172 @section Defining Looping Instruction Patterns
5173 @cindex looping instruction patterns
5174 @cindex defining looping instruction patterns
5175
5176 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5177 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5178 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5179 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5180 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5181 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5182 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5183 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5184 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5185 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5186 the jump.
5187
5188 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5189 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5190 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5191 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5192 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5193 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5194 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5195 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5196 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5197 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5198 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5199 following for its @code{dbra} instruction:
5200
5201 @smallexample
5202 @group
5203 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5204   [(set (pc)
5205         (if_then_else
5206           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5207                        (const_int -1))
5208               (const_int 0))
5209           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5210           (pc)))
5211    (set (match_dup 0)
5212         (plus:SI (match_dup 0)
5213                  (const_int -1)))]
5214   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5215   "@dots{}")
5216 @end group
5217 @end smallexample
5218
5219 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5220 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5221 since this insn is generated by the instruction combination phase
5222 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5223 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5224 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5225 pattern will not be matched by the combiner.
5226
5227 @smallexample
5228 @group
5229 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5230   [(set (pc)
5231         (if_then_else
5232           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5233               (const_int 1))
5234           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5235           (pc)))
5236    (set (match_dup 0)
5237         (plus:SI (match_dup 0)
5238                  (const_int -1)))]
5239   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5240   "@dots{}")
5241 @end group
5242 @end smallexample
5243
5244 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5245 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5246 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5247 information collected during strength reduction.
5248
5249 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5250 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5251 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5252 needed for some low-overhead looping instructions.
5253
5254 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5255 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5256 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5257 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5258 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5259 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5260 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5261 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5262 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5263 desired special iteration counter register was not allocated, this
5264 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5265 instruction pair.
5266
5267 The essential difference between the
5268 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5269 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5270 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5271 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5272 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5273 may become redundant and removed by the flow pass.
5274
5275
5276 @end ifset
5277 @ifset INTERNALS
5278 @node Insn Canonicalizations
5279 @section Canonicalization of Instructions
5280 @cindex canonicalization of instructions
5281 @cindex insn canonicalization
5282
5283 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5284 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5285 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5286 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5287 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5288 number of insn patterns required.
5289
5290 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5291 are performed:
5292
5293 @itemize @bullet
5294 @item
5295 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5296 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5297 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5298 be supplied.
5299
5300 @item
5301 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5302 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5303 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5304 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5305 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5306 floating-point.
5307
5308 @item
5309 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5310 @cindex @code{not}, canonicalization of
5311 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5312 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5313 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5314 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5315 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5316 first operand.
5317
5318 @item
5319 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5320 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5321 the operations as far as possible.  For instance,
5322 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5323 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5324 @code{(minus A (mult B C))}.
5325
5326 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5327 @item
5328 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5329 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5330 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5331 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5332 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5333 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5334 such an instruction.
5335
5336 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5337 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5338 above.
5339
5340 @item
5341 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5342 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5343
5344 @item
5345 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5346 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5347
5348 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5349 @cindex @code{and}, canonicalization of
5350 @cindex De Morgan's law
5351 @item
5352 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5353 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5354 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5355
5356 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5357 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5358 for that instruction as
5359
5360 @smallexample
5361 (define_insn ""
5362   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5363         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5364                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5365   "@dots{}"
5366   "@dots{}")
5367 @end smallexample
5368
5369 @noindent
5370 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5371
5372 @smallexample
5373 (define_insn ""
5374   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5375         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5376                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5377   "@dots{}"
5378   "@dots{}")
5379 @end smallexample
5380
5381 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5382 logically equivalent RTL expressions.
5383
5384 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5385 @item
5386 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5387 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5388 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5389
5390 @item
5391 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5392 the form
5393
5394 @smallexample
5395 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5396 @end smallexample
5397
5398 @item
5399 On machines that do not use @code{cc0},
5400 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5401 @var{x}.
5402
5403 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5404 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5405 @item
5406 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5407 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5408 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5409
5410 @end itemize
5411
5412 Further canonicalization rules are defined in the function
5413 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5414
5415 @end ifset
5416 @ifset INTERNALS
5417 @node Expander Definitions
5418 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5419 @cindex expander definitions
5420 @cindex code generation RTL sequences
5421 @cindex defining RTL sequences for code generation
5422
5423 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5424 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5425 represent them.  For these target machines, you can write a
5426 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5427
5428 @findex define_expand
5429 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5430 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5431 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5432
5433 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5434
5435 @itemize @bullet
5436 @item
5437 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5438 use for it is to refer to it by name.
5439
5440 @item
5441 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5442 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5443 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5444
5445 @item
5446 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5447 used to express how the availability of this pattern depends on
5448 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5449 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5450 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5451 depend on the data in the insn being matched, but only the
5452 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5453 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5454 are available in a particular run.
5455
5456 @item
5457 The preparation statements, a string containing zero or more C
5458 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5459 the RTL template.
5460
5461 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5462 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5463 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5464 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5465 @end itemize
5466
5467 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5468 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5469 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5470 it.
5471
5472 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5473 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5474 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5475
5476 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5477 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5478 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5479 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5480 information to preload the operand into a register if that is required for
5481 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5482 references should use @code{match_dup}.
5483
5484 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5485 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5486 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5487 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5488 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5489 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5490 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5491 compute the values and store them into the appropriate elements of
5492 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5493
5494 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5495 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5496 as a statement.
5497
5498 @table @code
5499
5500 @findex DONE
5501 @item DONE
5502 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5503 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5504 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5505 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5506
5507 @findex FAIL
5508 @item FAIL
5509 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5510 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5511 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5512
5513 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5514 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5515 operations.
5516 @end table
5517
5518 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5519 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5520 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5521 insn.
5522
5523 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5524 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5525 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5526 list of operands, such as this example:
5527
5528 @smallexample
5529 @group
5530 (define_expand "addsi3"
5531   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5532    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5533    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5534 @end group
5535 @group
5536   ""
5537   "
5538 @{
5539   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5540   DONE;
5541 @}")
5542 @end group
5543 @end smallexample
5544
5545 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5546
5547 @smallexample
5548 @group
5549 (define_expand "ashlsi3"
5550   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5551         (ashift:SI
5552 @end group
5553 @group
5554           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5555           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5556   ""
5557   "
5558 @end group
5559 @end smallexample
5560
5561 @smallexample
5562 @group
5563 @{
5564   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5565       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5566     FAIL;
5567 @}")
5568 @end group
5569 @end smallexample
5570
5571 @noindent
5572 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5573 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5574 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5575 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5576 library call).
5577
5578 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5579 patterns with names, then it would be possible to use a
5580 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5581 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5582
5583 @smallexample
5584 (define_expand "zero_extendhisi2"
5585   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5586         (const_int 0))
5587    (set (strict_low_part
5588           (subreg:HI
5589             (match_dup 0)
5590             0))
5591         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5592   ""
5593   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5594 @end smallexample
5595
5596 @noindent
5597 @findex make_safe_from
5598 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5599 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5600 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5601 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5602 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5603 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5604 by emitting another RTL insn.
5605
5606 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5607 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5608 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5609 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5610 on this machine.  So it must be copied into a register with
5611 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5612
5613 @smallexample
5614 (define_expand "zero_extendhisi2"
5615   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5616         (and:SI (subreg:SI
5617                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5618                   0)
5619                 (match_dup 2)))]
5620   ""
5621   "operands[2]
5622      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5623 @end smallexample
5624
5625 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5626 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5627 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5628 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5629 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5630 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5631 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5632 in the compiler.
5633
5634 @end ifset
5635 @ifset INTERNALS
5636 @node Insn Splitting
5637 @section Defining How to Split Instructions
5638 @cindex insn splitting
5639 @cindex instruction splitting
5640 @cindex splitting instructions
5641
5642 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5643 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5644 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5645 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5646 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5647 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5648 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5649 cannot be placed into a delay slot.
5650
5651 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5652 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5653 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5654 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5655 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5656 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5657 scheduling.
5658
5659 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5660 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5661 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5662 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5663 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5664 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5665 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5666 split the addition into two insns is machine-dependent.
5667
5668 @findex define_split
5669 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5670 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5671
5672 @smallexample
5673 (define_split
5674   [@var{insn-pattern}]
5675   "@var{condition}"
5676   [@var{new-insn-pattern-1}
5677    @var{new-insn-pattern-2}
5678    @dots{}]
5679   "@var{preparation-statements}")
5680 @end smallexample
5681
5682 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5683 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5684 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5685 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5686 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5687 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5688
5689 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5690 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5691 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5692 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5693 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5694 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5695 must not allocate any space in the stack frame.
5696
5697 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5698 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5699 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5700 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5701 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5702 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5703 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5704 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5705 of those definitions.
5706
5707 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5708 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5709 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5710
5711 @smallexample
5712 (define_split
5713   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5714         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5715   ""
5716   [(set (match_dup 0)
5717         (ashift:SI (match_dup 1)
5718                    (const_int 16)))
5719    (set (match_dup 0)
5720         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5721                      (const_int 16)))]
5722   "
5723 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5724 @end smallexample
5725
5726 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5727 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5728 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5729 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5730 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5731 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5732 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5733 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5734 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5735 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5736
5737 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5738 @file{rs6000.md}:
5739
5740 @smallexample
5741 (define_split
5742   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5743         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5744                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5745   ""
5746   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5747    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5748 "
5749 @{
5750   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5751   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5752
5753   if (low & 0x8000)
5754     high++, low |= 0xffff0000;
5755
5756   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5757   operands[4] = GEN_INT (low);
5758 @}")
5759 @end smallexample
5760
5761 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5762 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5763 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5764 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5765
5766 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5767 an equality comparison of a register and a large constant:
5768
5769 @smallexample
5770 (define_split
5771   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5772         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5773                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5774    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5775   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5776    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5777        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5778   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5779    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5780   "
5781 @{
5782   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5783      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5784      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5785
5786   int c = INTVAL (operands[2]);
5787   int sextc = (c << 16) >> 16;
5788   int xorv = c ^ sextc;
5789
5790   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5791   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5792 @}")
5793 @end smallexample
5794
5795 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5796 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5797 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5798 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5799 are not valid.
5800
5801 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5802 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5803 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5804 several restriction apply.
5805
5806 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5807 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5808 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5809 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5810 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5811 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5812 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5813 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5814 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5815 forward jumps to the newly created labels.
5816
5817 @findex define_insn_and_split
5818 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5819 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5820 this:
5821
5822 @smallexample
5823 (define_insn_and_split
5824   [@var{insn-pattern}]
5825   "@var{condition}"
5826   "@var{output-template}"
5827   "@var{split-condition}"
5828   [@var{new-insn-pattern-1}
5829    @var{new-insn-pattern-2}
5830    @dots{}]
5831   "@var{preparation-statements}"
5832   [@var{insn-attributes}])
5833
5834 @end smallexample
5835
5836 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5837 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5838 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5839 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5840 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5841 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5842 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5843 from i386.md:
5844
5845 @smallexample
5846 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5847   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5848      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5849    (clobber (reg:CC 17))]
5850   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5851   "#"
5852   "&& reload_completed"
5853   [(parallel [(set (match_dup 0)
5854                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5855               (clobber (reg:CC 17))])]
5856   ""
5857   [(set_attr "type" "alu1")])
5858
5859 @end smallexample
5860
5861 In this case, the actual split condition will be
5862 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5863
5864 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5865 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5866 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5867 having to ensure the two patterns' templates match.
5868
5869 @end ifset
5870 @ifset INTERNALS
5871 @node Including Patterns
5872 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5873 @cindex insn includes
5874
5875 @findex include
5876 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5877 look for patterns that are in files other than in the file
5878 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5879
5880 It looks like:
5881
5882 @smallexample
5883
5884 (include
5885   @var{pathname})
5886 @end smallexample
5887
5888 For example:
5889
5890 @smallexample
5891
5892 (include "filestuff")
5893
5894 @end smallexample
5895
5896 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5897 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5898 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5899
5900
5901 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5902 and placed into subdirectories.
5903
5904 By specifying:
5905
5906 @smallexample
5907
5908 (include "BOGUS/filestuff")
5909
5910 @end smallexample
5911
5912 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5913
5914 Specifying an absolute path for the include file such as;
5915 @smallexample
5916
5917 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5918
5919 @end smallexample
5920 is permitted but is not encouraged.
5921
5922 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5923 @cindex directory options .md
5924 @cindex options, directory search
5925 @cindex search options
5926
5927 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5928 For example:
5929
5930 @smallexample
5931
5932 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5933
5934 @end smallexample
5935
5936
5937 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5938 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5939 file, substituting your own version, since these directories are
5940 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5941 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5942 order; the standard default directory come after.
5943
5944
5945 @end ifset
5946 @ifset INTERNALS
5947 @node Peephole Definitions
5948 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5949 @cindex peephole optimizer definitions
5950 @cindex defining peephole optimizers
5951
5952 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5953 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5954
5955 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5956 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5957 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5958 though the second one does not appear to use a register computed in the
5959 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5960 opportunities.
5961
5962 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5963 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5964 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5965 is deprecated.
5966
5967 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5968 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5969 but before scheduling, which may result in much better code for
5970 targets that do scheduling.
5971
5972 @menu
5973 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5974 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5975 @end menu
5976
5977 @end ifset
5978 @ifset INTERNALS
5979 @node define_peephole
5980 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5981 @findex define_peephole
5982
5983 @need 1000
5984 A definition looks like this:
5985
5986 @smallexample
5987 (define_peephole
5988   [@var{insn-pattern-1}
5989    @var{insn-pattern-2}
5990    @dots{}]
5991   "@var{condition}"
5992   "@var{template}"
5993   "@var{optional-insn-attributes}")
5994 @end smallexample
5995
5996 @noindent
5997 The last string operand may be omitted if you are not using any
5998 machine-specific information in this machine description.  If present,
5999 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6000
6001 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6002 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6003 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6004 the next, and so on.
6005
6006 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6007 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6008 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6009 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6010 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6011 stages.
6012
6013 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6014 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6015 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6016 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6017 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6018 other.
6019
6020 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6021 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6022 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6023 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6024 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6025
6026 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6027 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6028 previously tested.
6029
6030 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6031 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6032 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6033 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6034 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6035 patterns.
6036
6037 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6038 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6039 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6040 the operands.
6041
6042 @findex prev_active_insn
6043 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6044 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6045 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6046 to refer to the last of the insns being matched; use
6047 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6048
6049 @findex dead_or_set_p
6050 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6051 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6052 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6053 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6054 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6055 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6056 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6057
6058 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6059 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6060 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6061 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6062 used in matching the original sequence of insns.
6063
6064 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6065 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6066 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6067 as the insn pattern to control how the insn is output.
6068
6069 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6070 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6071
6072 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6073
6074 @smallexample
6075 (define_peephole
6076   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6077    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6078         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6079   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6080 @{
6081   rtx xoperands[2];
6082   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6083 #ifdef MOTOROLA
6084   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6085   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6086   return "fmove.d (sp)+,%0";
6087 #else
6088   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6089   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6090   return "fmoved sp@@+,%0";
6091 #endif
6092 @})
6093 @end smallexample
6094
6095 @need 1000
6096 The effect of this optimization is to change
6097
6098 @smallexample
6099 @group
6100 jbsr _foobar
6101 addql #4,sp
6102 movel d1,sp@@-
6103 movel d0,sp@@-
6104 fmoved sp@@+,fp0
6105 @end group
6106 @end smallexample
6107
6108 @noindent
6109 into
6110
6111 @smallexample
6112 @group
6113 jbsr _foobar
6114 movel d1,sp@@
6115 movel d0,sp@@-
6116 fmoved sp@@+,fp0
6117 @end group
6118 @end smallexample
6119
6120 @ignore
6121 @findex CC_REVERSED
6122 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6123 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6124 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6125 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6126 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6127 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6128 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6129 and in this C code check the condition code status flags and change the
6130 assembler code as appropriate.
6131 @end ignore
6132
6133 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6134 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6135 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6136 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6137 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6138 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6139 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6140 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6141 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6142
6143 @smallexample
6144 (define_insn "divmodsi4"
6145   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6146         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6147                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6148    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6149         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6150   "TARGET_68020"
6151   "divsl%.l %2,%3:%0")
6152 @end smallexample
6153
6154 @noindent
6155 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6156
6157 @smallexample
6158 (define_peephole
6159   [@dots{}
6160    (parallel
6161     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6162           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6163                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6164      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6165           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6166    @dots{}]
6167   @dots{})
6168 @end smallexample
6169
6170 @end ifset
6171 @ifset INTERNALS
6172 @node define_peephole2
6173 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6174 @findex define_peephole2
6175
6176 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6177 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6178 what additional scratch registers may be needed and what their
6179 lifetimes must be.
6180
6181 @smallexample
6182 (define_peephole2
6183   [@var{insn-pattern-1}
6184    @var{insn-pattern-2}
6185    @dots{}]
6186   "@var{condition}"
6187   [@var{new-insn-pattern-1}
6188    @var{new-insn-pattern-2}
6189    @dots{}]
6190   "@var{preparation-statements}")
6191 @end smallexample
6192
6193 The definition is almost identical to @code{define_split}
6194 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6195 single instruction, but a sequence of instructions.
6196
6197 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6198 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6199 will simply not match.
6200
6201 @findex match_scratch
6202 @findex match_dup
6203 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6204 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6205 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6206 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6207 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6208 at which the register must be available.
6209
6210 Here is an example from the IA-32 machine description:
6211
6212 @smallexample
6213 (define_peephole2
6214   [(match_scratch:SI 2 "r")
6215    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6216                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6217                      [(match_dup 0)
6218                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6219               (clobber (reg:CC 17))])]
6220   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6221   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6222    (parallel [(set (match_dup 0)
6223                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6224               (clobber (reg:CC 17))])]
6225   "")
6226 @end smallexample
6227
6228 @noindent
6229 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6230 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6231 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6232 to be live only at the point just before the arithmetic.
6233
6234 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6235 so here's a silly made-up example:
6236
6237 @smallexample
6238 (define_peephole2
6239   [(match_scratch:SI 4 "r")
6240    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6241    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6242    (match_dup 4)
6243    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6244   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6245   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6246    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6247    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6248    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6249   "")
6250 @end smallexample
6251
6252 @noindent
6253 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6254 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6255 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6256
6257 @end ifset
6258 @ifset INTERNALS
6259 @node Insn Attributes
6260 @section Instruction Attributes
6261 @cindex insn attributes
6262 @cindex instruction attributes
6263
6264 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6265 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6266 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6267 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6268 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6269 to track the condition codes.
6270
6271 @menu
6272 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6273 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6274 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6275 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6276 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6277 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6278 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6279 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6280 @end menu
6281
6282 @end ifset
6283 @ifset INTERNALS
6284 @node Defining Attributes
6285 @subsection Defining Attributes and their Values
6286 @cindex defining attributes and their values
6287 @cindex attributes, defining
6288
6289 @findex define_attr
6290 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6291 by the target machine.  It looks like:
6292
6293 @smallexample
6294 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6295 @end smallexample
6296
6297 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6298
6299 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6300 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6301 indicate that the attribute takes numeric values.
6302
6303 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6304 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6305 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6306 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6307 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6308
6309 @findex insn-attr.h
6310 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6311 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6312 specified for an attribute, the following are defined:
6313
6314 @itemize @bullet
6315 @item
6316 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6317
6318 @item
6319 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6320 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6321 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6322
6323 @item
6324 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6325 returns the attribute value for that insn.
6326 @end itemize
6327
6328 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6329
6330 @smallexample
6331 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6332 @end smallexample
6333
6334 @noindent
6335 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6336
6337 @smallexample
6338 #define HAVE_ATTR_type
6339 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6340                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6341 extern enum attr_type get_attr_type ();
6342 @end smallexample
6343
6344 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6345 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6346 @code{int}.
6347
6348 @end ifset
6349 @ifset INTERNALS
6350 @node Expressions
6351 @subsection Attribute Expressions
6352 @cindex attribute expressions
6353
6354 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6355 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6356 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6357
6358 @table @code
6359 @cindex @code{const_int} and attributes
6360 @item (const_int @var{i})
6361 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6362 must be non-negative.
6363
6364 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6365 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6366 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6367 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6368 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6369
6370 @cindex @code{const_string} and attributes
6371 @item (const_string @var{value})
6372 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6373 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6374 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6375 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6376 of a @code{define_attr}.
6377
6378 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6379 must be a string containing a non-negative integer (normally
6380 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6381 contain one of the valid values for the attribute.
6382
6383 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6384 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6385 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6386 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6387 otherwise it is @var{false-value}.
6388
6389 @cindex @code{cond} and attributes
6390 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6391 The first operand of this expression is a vector containing an even
6392 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6393 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6394 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6395 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6396 expression is that of the @var{default} expression.
6397 @end table
6398
6399 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6400
6401 @table @code
6402 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6403 @item (const_int @var{i})
6404 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6405
6406 @cindex @code{not} and attributes
6407 @cindex @code{ior} and attributes
6408 @cindex @code{and} and attributes
6409 @item (not @var{test})
6410 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6411 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6412 These tests are true if the indicated logical function is true.
6413
6414 @cindex @code{match_operand} and attributes
6415 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6416 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6417 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6418 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6419 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6420 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6421 string).
6422
6423 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6424
6425 @cindex @code{le} and attributes
6426 @cindex @code{leu} and attributes
6427 @cindex @code{lt} and attributes
6428 @cindex @code{gt} and attributes
6429 @cindex @code{gtu} and attributes
6430 @cindex @code{ge} and attributes
6431 @cindex @code{geu} and attributes
6432 @cindex @code{ne} and attributes
6433 @cindex @code{eq} and attributes
6434 @cindex @code{plus} and attributes
6435 @cindex @code{minus} and attributes
6436 @cindex @code{mult} and attributes
6437 @cindex @code{div} and attributes
6438 @cindex @code{mod} and attributes
6439 @cindex @code{abs} and attributes
6440 @cindex @code{neg} and attributes
6441 @cindex @code{ashift} and attributes
6442 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6443 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6444 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6445 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6446 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6447 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6448 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6449 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6450 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6451 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6452 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6453 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6454 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6455 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6456 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6457 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6458 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6459
6460 @findex get_attr
6461 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6462 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6463 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6464 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6465 variable.
6466
6467 @findex eq_attr
6468 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6469 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6470
6471 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6472 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6473 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6474 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6475 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6476 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6477 @emph{not} in the specified list.
6478
6479 For example,
6480
6481 @smallexample
6482 (eq_attr "type" "load,store")
6483 @end smallexample
6484
6485 @noindent
6486 is equivalent to
6487
6488 @smallexample
6489 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6490 @end smallexample
6491
6492 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6493 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6494 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6495 example,
6496
6497 @smallexample
6498 (eq_attr "alternative" "2,3")
6499 @end smallexample
6500
6501 @noindent
6502 is equivalent to
6503
6504 @smallexample
6505 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6506      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6507 @end smallexample
6508
6509 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6510 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6511 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6512
6513 @findex attr_flag
6514 @item (attr_flag @var{name})
6515 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6516 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6517 scheduled.
6518
6519 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6520 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6521 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6522 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6523 if a conditional branch is expected to be taken.
6524
6525 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6526 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6527
6528 This example describes a conditional branch delay slot which
6529 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6530 for backward branches which are not taken (annul-false).
6531
6532 @smallexample
6533 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6534   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6535    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6536         (attr_flag "forward"))
6537    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6538         (attr_flag "backward"))])
6539 @end smallexample
6540
6541 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6542 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6543
6544 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6545 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6546 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6547 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6548
6549 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6550 meaning to other passes of the compiler.
6551
6552 @findex attr
6553 @item (attr @var{name})
6554 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6555 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6556 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6557 @end table
6558
6559 @end ifset
6560 @ifset INTERNALS
6561 @node Tagging Insns
6562 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6563 @cindex tagging insns
6564 @cindex assigning attribute values to insns
6565
6566 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6567 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6568 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6569 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6570 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6571 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6572 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6573 permits the specification of the values for only one or two attributes
6574 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6575 next section.
6576
6577 The optional last argument of @code{define_insn} and
6578 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6579 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6580 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6581 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6582 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6583 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6584
6585 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6586 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6587 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6588 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6589 each alternative.
6590
6591 @findex set_attr
6592 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6593 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6594 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6595 of attribute values, one for each alternative.
6596
6597 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6598 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6599
6600 @table @code
6601 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6602 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6603 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6604 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6605 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6606
6607 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6608 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6609 that alternative.
6610
6611 @findex set_attr_alternative
6612 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6613 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6614 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6615 tests on the @samp{alternative} attribute.
6616
6617 @findex attr
6618 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6619 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6620 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6621 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6622 @end table
6623
6624 The following shows three different ways of representing the same
6625 attribute value specification:
6626
6627 @smallexample
6628 (set_attr "type" "load,store,arith")
6629
6630 (set_attr_alternative "type"
6631                       [(const_string "load") (const_string "store")
6632                        (const_string "arith")])
6633
6634 (set (attr "type")
6635      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6636             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6637            (const_string "arith")))
6638 @end smallexample
6639
6640 @need 1000
6641 @findex define_asm_attributes
6642 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6643 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6644 statement.  It has the form:
6645
6646 @smallexample
6647 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6648 @end smallexample
6649
6650 @noindent
6651 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6652 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6653
6654 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6655 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6656
6657 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6658 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6659 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6660 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6661 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6662 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6663 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6664 of a single machine instruction.
6665
6666 @end ifset
6667 @ifset INTERNALS
6668 @node Attr Example
6669 @subsection Example of Attribute Specifications
6670 @cindex attribute specifications example
6671 @cindex attribute specifications
6672
6673 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6674 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6675 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6676 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6677 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6678
6679 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6680 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6681 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6682 operations, floating point operations, and branches.
6683
6684 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6685 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6686 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6687 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6688 changed if the item previously set into the condition code has been
6689 modified.
6690
6691 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6692
6693 @smallexample
6694 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6695
6696 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6697              (cond [(eq_attr "type" "load")
6698                         (const_string "change0")
6699                     (eq_attr "type" "store,branch")
6700                         (const_string "unchanged")
6701                     (eq_attr "type" "arith")
6702                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6703                                       (const_string "set")
6704                                       (const_string "clobber"))]
6705                    (const_string "clobber")))
6706
6707 (define_insn ""
6708   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6709         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6710   ""
6711   "@@
6712    move %0,%1
6713    load %0,%1
6714    store %0,%1"
6715   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6716 @end smallexample
6717
6718 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6719 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6720 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6721 full-word result.
6722
6723 @end ifset
6724 @ifset INTERNALS
6725 @node Insn Lengths
6726 @subsection Computing the Length of an Insn
6727 @cindex insn lengths, computing
6728 @cindex computing the length of an insn
6729
6730 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6731 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6732 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6733 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6734 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6735 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6736
6737 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6738 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6739
6740 @table @code
6741 @cindex @code{match_dup} and attributes
6742 @item (match_dup @var{n})
6743 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6744 must be a @code{label_ref}.
6745
6746 @cindex @code{pc} and attributes
6747 @item (pc)
6748 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6749 been more consistent with other usage to make this the address of the
6750 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6751 current insn is to be computed.
6752 @end table
6753
6754 @cindex @code{addr_vec}, length of
6755 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6756 For normal insns, the length will be determined by value of the
6757 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6758 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6759 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6760
6761 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6762
6763 The following macros can be used to refine the length computation:
6764
6765 @table @code
6766 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6767 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6768 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6769 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6770 that contains the initially computed length of the insn and should be
6771 updated with the correct length of the insn.
6772
6773 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6774 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6775 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6776 may be required.
6777 @end table
6778
6779 @findex get_attr_length
6780 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6781 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6782 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6783 example below illustrates.
6784
6785 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6786 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6787 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6788 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6789 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6790
6791 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6792 as follows:
6793
6794 @smallexample
6795 (define_insn "jump"
6796   [(set (pc)
6797         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6798   ""
6799 @{
6800    return (get_attr_length (insn) == 4
6801            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6802 @}
6803   [(set (attr "length")
6804         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6805                       (const_int 4)
6806                       (const_int 6)))])
6807 @end smallexample
6808
6809 @end ifset
6810 @ifset INTERNALS
6811 @node Constant Attributes
6812 @subsection Constant Attributes
6813 @cindex constant attributes
6814
6815 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6816 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6817 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6818 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6819
6820 @smallexample
6821 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6822  (const
6823   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6824          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6825         (const_string "m88000"))))
6826
6827 (define_attr "memory" "fast,slow"
6828  (const
6829   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6830                 (const_string "fast")
6831                 (const_string "slow"))))
6832 @end smallexample
6833
6834 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6835 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6836 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6837 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6838 forms involving insn attributes.
6839
6840 @end ifset
6841 @ifset INTERNALS
6842 @node Delay Slots
6843 @subsection Delay Slot Scheduling
6844 @cindex delay slots, defining
6845
6846 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6847 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6848 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6849 after the instruction are executed as if they were located before it.
6850 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6851 the following instruction before the branch or call is performed.
6852
6853 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6854 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6855 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6856 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6857 annul if the branch is false are supported.
6858
6859 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6860 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6861 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6862 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6863 instruction scheduling.
6864
6865 @findex define_delay
6866 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6867 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6868
6869 @smallexample
6870 (define_delay @var{test}
6871               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6872                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6873                @dots{}])
6874 @end smallexample
6875
6876 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6877 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6878 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6879 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6880 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6881 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6882 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6883 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6884 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6885
6886 For example, in the common case where branch and call insns require
6887 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6888 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6889
6890 @smallexample
6891 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6892               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6893 @end smallexample
6894
6895 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6896 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6897 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6898 expressions are both true.
6899
6900 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6901 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6902 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6903 branch is true, we might represent this as follows:
6904
6905 @smallexample
6906 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6907    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6908     (eq_attr "type" "!branch,call")
6909     (nil)])
6910
6911 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6912               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6913                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6914 @end smallexample
6915 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6916
6917 @end ifset
6918 @ifset INTERNALS
6919 @node Processor pipeline description
6920 @subsection Specifying processor pipeline description
6921 @cindex processor pipeline description
6922 @cindex processor functional units
6923 @cindex instruction latency time
6924 @cindex interlock delays
6925 @cindex data dependence delays
6926 @cindex reservation delays
6927 @cindex pipeline hazard recognizer
6928 @cindex automaton based pipeline description
6929 @cindex regular expressions
6930 @cindex deterministic finite state automaton
6931 @cindex automaton based scheduler
6932 @cindex RISC
6933 @cindex VLIW
6934
6935 To achieve better performance, most modern processors
6936 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6937 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6938 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6939 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6940 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6941 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6942 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6943 MIPS processors).
6944
6945 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6946 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6947 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6948 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6949 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6950 are not available but will be ready in given time after the
6951 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6952 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6953 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6954 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6955 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6956 means that two instructions under execution will be in need of shared
6957 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6958 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6959 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6960 processors.
6961
6962 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6963 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6964 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6965 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6966 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6967 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6968 @dfn{regular expressions}.
6969
6970 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6971 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6972 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6973 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6974 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6975 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6976 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6977 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6978 furthermore, its speed is not dependent on processor
6979 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6980   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6981   can split orthogonal parts of the machine description among several
6982   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6983   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6984
6985 @cindex automaton based pipeline description
6986 The rest of this section describes the directives that constitute
6987 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6988 these constructions within the machine description file is not
6989 important.
6990
6991 @findex define_automaton
6992 @cindex pipeline hazard recognizer
6993 The following optional construction describes names of automata
6994 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6995 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6996 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6997 units to the automata, the total size of the automata is usually
6998 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6999 construction, only one finite state automaton is generated.
7000
7001 @smallexample
7002 (define_automaton @var{automata-names})
7003 @end smallexample
7004
7005 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7006 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7007 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7008 @code{define_query_cpu_unit}.
7009
7010 @findex define_cpu_unit
7011 @cindex processor functional units
7012 Each processor functional unit used in the description of instruction
7013 reservations should be described by the following construction.
7014
7015 @smallexample
7016 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7017 @end smallexample
7018
7019 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7020 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7021 for other goals.
7022
7023 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7024 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7025 construction @code{define_automaton}.  You should give
7026 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7027
7028 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7029 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7030 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7031 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7032 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7033 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7034 description of the subsequent constructions.
7035
7036 @findex define_query_cpu_unit
7037 @cindex querying function unit reservations
7038 The following construction describes CPU functional units analogously
7039 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7040 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7041 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7042 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7043 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7044 @acronym{VLIW} insn templates).
7045
7046 @smallexample
7047 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7048 @end smallexample
7049
7050 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7051 separated by commas.
7052
7053 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7054 which the unit is bound.
7055
7056 @findex define_insn_reservation
7057 @cindex instruction latency time
7058 @cindex regular expressions
7059 @cindex data bypass
7060 The following construction is the major one to describe pipeline
7061 characteristics of an instruction.
7062
7063 @smallexample
7064 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7065                          @var{condition} @var{regexp})
7066 @end smallexample
7067
7068 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7069 instruction.  There is an important difference between the old
7070 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7071 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7072 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7073 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7074 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7075 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7076 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7077 change the default costs for any description by using the target hook
7078 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7079
7080 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7081 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7082 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7083 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7084 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7085
7086 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7087 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7088 @var{condition} for two or more different
7089 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7090 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7091 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7092 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7093 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7094 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7095 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7096 recognizer considerably.
7097
7098 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7099 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7100 expression according to the following syntax:
7101
7102 @smallexample
7103        regexp = regexp "," oneof
7104               | oneof
7105
7106        oneof = oneof "|" allof
7107              | allof
7108
7109        allof = allof "+" repeat
7110              | repeat
7111
7112        repeat = element "*" number
7113               | element
7114
7115        element = cpu_function_unit_name
7116                | reservation_name
7117                | result_name
7118                | "nothing"
7119                | "(" regexp ")"
7120 @end smallexample
7121
7122 @itemize @bullet
7123 @item
7124 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7125 the reservation.
7126
7127 @item
7128 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7129 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7130 regular expression @strong{or} etc.
7131
7132 @item
7133 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7134 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7135 second regular expression @strong{and} etc.
7136
7137 @item
7138 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7139 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7140 advancing (see @samp{,}).
7141
7142 @item
7143 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7144 functional unit.
7145
7146 @item
7147 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7148 @samp{define_reservation}.
7149
7150 @item
7151 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7152 @end itemize
7153
7154 @findex define_reservation
7155 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7156 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7157 the common part by the following construction
7158
7159 @smallexample
7160 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7161 @end smallexample
7162
7163 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7164 Functional unit names and reservation names are in the same name
7165 space.  So the reservation names should be different from the
7166 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7167
7168 @findex define_bypass
7169 @cindex instruction latency time
7170 @cindex data bypass
7171 The following construction is used to describe exceptions in the
7172 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7173
7174 @smallexample
7175 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7176                [@var{guard}])
7177 @end smallexample
7178
7179 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7180 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7181 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7182 the string are separated by commas.
7183
7184 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7185 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7186 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7187 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7188 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7189 of insn @samp{store} (not a stored value).
7190
7191 @findex exclusion_set
7192 @findex presence_set
7193 @findex final_presence_set
7194 @findex absence_set
7195 @findex final_absence_set
7196 @cindex VLIW
7197 @cindex RISC
7198 The following five constructions are usually used to describe
7199 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7200 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7201 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7202
7203 @smallexample
7204 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7205 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7206 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7207 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7208 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7209 @end smallexample
7210
7211 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7212 separated by commas.
7213
7214 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7215 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7216 separated by white-spaces.
7217
7218 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7219 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7220 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7221 example, the construction is useful for describing processors
7222 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7223 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7224 point insns or only double floating point insns.
7225
7226 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7227 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7228 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7229 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7230 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7231 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7232 construction
7233
7234 @smallexample
7235 (presence_set "slot1" "slot0")
7236 @end smallexample
7237
7238 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7239 reservation.  In this case we could write
7240
7241 @smallexample
7242 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7243 @end smallexample
7244
7245 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7246 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7247 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7248 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7249 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7250 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7251 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7252 done on the result reservation.  This construction is useful to
7253 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7254 For example, if we use
7255
7256 @smallexample
7257 (presence_set "slot1" "slot0")
7258 @end smallexample
7259
7260 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7261 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7262
7263 @smallexample
7264 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7265 @end smallexample
7266
7267 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7268
7269 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7270 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7271 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7272 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7273 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7274 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7275 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7276 can be described as:
7277
7278 @smallexample
7279 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7280 @end smallexample
7281
7282 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7283 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7284 this case we could write
7285
7286 @smallexample
7287 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7288 @end smallexample
7289
7290 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7291 automaton.
7292
7293 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7294 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7295 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7296
7297 @findex automata_option
7298 @cindex deterministic finite state automaton
7299 @cindex nondeterministic finite state automaton
7300 @cindex finite state automaton minimization
7301 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7302 the following construction.
7303
7304 @smallexample
7305 (automata_option @var{options})
7306 @end smallexample
7307
7308 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7309 code.  Currently there are the following options:
7310
7311 @itemize @bullet
7312 @item
7313 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7314 only worth to do when we are debugging the description and need to
7315 look more accurately at reservations of states.
7316
7317 @item
7318 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7319 automata.
7320
7321 @item
7322 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7323 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7324
7325 @item
7326 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7327 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7328 verification and debugging.
7329
7330 @item
7331 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7332 non-critical errors.
7333
7334 @item
7335 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7336 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7337 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7338 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7339 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7340 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7341
7342 @item
7343 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7344 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7345 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7346 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7347 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7348 huge automaton.
7349 @end itemize
7350
7351 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7352 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7353 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7354 the following functional units.
7355
7356 @smallexample
7357 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7358 (define_cpu_unit "port0, port1")
7359 @end smallexample
7360
7361 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7362 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7363 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7364 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7365 multiplication insns can be executed only in the second integer
7366 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7367 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7368 integer division insn can not be issued until the current division
7369 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7370 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7371 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7372 incurred.  To describe all of this we could specify
7373
7374 @smallexample
7375 (define_cpu_unit "div")
7376
7377 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7378                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7379
7380 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7381                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7382
7383 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7384                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7385
7386 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7387                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7388
7389 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7390 @end smallexample
7391
7392 To simplify the description we could describe the following reservation
7393
7394 @smallexample
7395 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7396 @end smallexample
7397
7398 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7399 construction
7400
7401 @smallexample
7402 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7403                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7404 @end smallexample
7405
7406
7407 @end ifset
7408 @ifset INTERNALS
7409 @node Conditional Execution
7410 @section Conditional Execution
7411 @cindex conditional execution
7412 @cindex predication
7413
7414 A number of architectures provide for some form of conditional
7415 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7416 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7417 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7418 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7419 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7420
7421 @findex define_cond_exec
7422 @smallexample
7423 (define_cond_exec
7424   [@var{predicate-pattern}]
7425   "@var{condition}"
7426   "@var{output-template}")
7427 @end smallexample
7428
7429 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7430 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7431 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7432 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7433 alternative.
7434
7435 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7436 pattern to match.
7437
7438 @findex current_insn_predicate
7439 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7440 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7441 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7442 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7443 In order to handle the general case, there is a global variable
7444 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7445 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7446
7447 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7448 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7449 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7450 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7451 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7452 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7453 alternative or anything else.
7454
7455 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7456 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7457 generated that matches a predicated version of the instruction.
7458 For example,
7459
7460 @smallexample
7461 (define_insn "addsi"
7462   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7463         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7464                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7465   "@var{test1}"
7466   "add %2,%1,%0")
7467
7468 (define_cond_exec
7469   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7470        (const_int 0))]
7471   "@var{test2}"
7472   "(%0)")
7473 @end smallexample
7474
7475 @noindent
7476 generates a new pattern
7477
7478 @smallexample
7479 (define_insn ""
7480   [(cond_exec
7481      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7482      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7483           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7484                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7485   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7486   "(%3) add %2,%1,%0")
7487 @end smallexample
7488
7489 @end ifset
7490 @ifset INTERNALS
7491 @node Constant Definitions
7492 @section Constant Definitions
7493 @cindex constant definitions
7494 @findex define_constants
7495
7496 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7497 can be a maintenance problem.
7498
7499 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7500 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7501 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7502 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7503 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7504 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7505 a different value.
7506
7507 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7508
7509 @smallexample
7510 (define_insn ""
7511   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7512      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7513            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7514       (use (reg:SI 179))
7515       (clobber (reg:SI 179))])]
7516   ""
7517   "loadm 0,0,%1,%2")
7518 @end smallexample
7519
7520 You could write:
7521
7522 @smallexample
7523 (define_constants [
7524     (R_BP 177)
7525     (R_FC 178)
7526     (R_CR 179)
7527     (R_Q  180)
7528 ])
7529
7530 (define_insn ""
7531   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7532      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7533            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7534       (use (reg:SI R_CR))
7535       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7536   ""
7537   "loadm 0,0,%1,%2")
7538 @end smallexample
7539
7540 The constants that are defined with a define_constant are also output
7541 in the insn-codes.h header file as #defines.
7542 @end ifset
7543 @ifset INTERNALS
7544 @node Macros
7545 @section Macros
7546 @cindex macros in @file{.md} files
7547
7548 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7549 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
7550 facilities to make this process easier.
7551
7552 @menu
7553 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
7554 * Code Macros::         Doing the same for codes.
7555 @end menu
7556
7557 @node Mode Macros
7558 @subsection Mode Macros
7559 @cindex mode macros in @file{.md} files
7560
7561 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7562 For example:
7563
7564 @itemize @bullet
7565 @item
7566 If a processor has hardware support for both single and double
7567 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7568 very similar to the @code{DFmode} ones.
7569
7570 @item
7571 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7572 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7573 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7574 @end itemize
7575
7576 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
7577 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7578 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7579 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7580
7581 @menu
7582 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
7583 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
7584 * Examples::             Examples
7585 @end menu
7586
7587 @node Defining Mode Macros
7588 @subsubsection Defining Mode Macros
7589 @findex define_mode_macro
7590
7591 The syntax for defining a mode macro is:
7592
7593 @smallexample
7594 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7595 @end smallexample
7596
7597 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7598 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7599 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7600 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7601 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7602 C condition will also require that @var{condi} be true.
7603
7604 For example:
7605
7606 @smallexample
7607 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7608 @end smallexample
7609
7610 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7611 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7612 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7613 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7614 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7615
7616 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7617 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7618 to @code{@var{mode}}.  For example:
7619
7620 @smallexample
7621 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7622 @end smallexample
7623
7624 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7625 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7626
7627 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7628 significant if two macros are used in a construct that requires
7629 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7630
7631 @node Substitutions
7632 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7633 @findex define_mode_attr
7634
7635 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7636 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7637 example:
7638
7639 @itemize @bullet
7640 @item
7641 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7642 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7643 appropriate mode name for @var{m}.
7644
7645 @item
7646 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7647 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7648
7649 @item
7650 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7651 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7652 mode for the other operand(s).
7653 @end itemize
7654
7655 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7656 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7657 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7658 upper case.  You can define other attributes using:
7659
7660 @smallexample
7661 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7662 @end smallexample
7663
7664 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7665 is the value associated with @var{modei}.
7666
7667 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7668 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7669 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7670 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7671 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7672 value.
7673
7674 For example, suppose an @file{.md} file has:
7675
7676 @smallexample
7677 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7678 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7679 @end smallexample
7680
7681 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7682 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7683 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7684 @code{"ld\t%0,%1"}.
7685
7686 Here is an example of using an attribute for a mode:
7687
7688 @smallexample
7689 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7690 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7691 (define_insn ...
7692   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7693 @end smallexample
7694
7695 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7696 substitution will be attempted for every macro expansion.
7697
7698 @node Examples
7699 @subsubsection Mode Macro Examples
7700
7701 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7702 modes and attributes (among others):
7703
7704 @smallexample
7705 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7706 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7707 @end smallexample
7708
7709 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7710 and @code{subdi3}:
7711
7712 @smallexample
7713 (define_insn "sub<mode>3"
7714   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7715         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7716                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7717   ""
7718   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7719   [(set_attr "type" "arith")
7720    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7721 @end smallexample
7722
7723 This is exactly equivalent to:
7724
7725 @smallexample
7726 (define_insn "subsi3"
7727   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7728         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7729                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7730   ""
7731   "subu\t%0,%1,%2"
7732   [(set_attr "type" "arith")
7733    (set_attr "mode" "SI")])
7734
7735 (define_insn "subdi3"
7736   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7737         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7738                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7739   ""
7740   "dsubu\t%0,%1,%2"
7741   [(set_attr "type" "arith")
7742    (set_attr "mode" "DI")])
7743 @end smallexample
7744
7745 @node Code Macros
7746 @subsection Code Macros
7747 @cindex code macros in @file{.md} files
7748 @findex define_code_macro
7749 @findex define_code_attr
7750
7751 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7752
7753 The construct:
7754
7755 @smallexample
7756 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7757 @end smallexample
7758
7759 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7760 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7761 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7762
7763 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7764 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7765 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7766 @xref{Defining Mode Macros}.
7767
7768 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7769 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7770 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7771 Other attributes are defined using:
7772
7773 @smallexample
7774 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7775 @end smallexample
7776
7777 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7778
7779 @smallexample
7780 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7781                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7782
7783 (define_expand "b<code>"
7784   [(set (pc)
7785         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7786                                    (const_int 0))
7787                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7788                       (pc)))]
7789   ""
7790 @{
7791   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7792   DONE;
7793 @})
7794 @end smallexample
7795
7796 This is equivalent to:
7797
7798 @smallexample
7799 (define_expand "bunordered"
7800   [(set (pc)
7801         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7802                                     (const_int 0))
7803                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7804                       (pc)))]
7805   ""
7806 @{
7807   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7808   DONE;
7809 @})
7810
7811 (define_expand "bordered"
7812   [(set (pc)
7813         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7814                                   (const_int 0))
7815                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7816                       (pc)))]
7817   ""
7818 @{
7819   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7820   DONE;
7821 @})
7822
7823 ...
7824 @end smallexample
7825
7826 @end ifset