OSDN Git Service

* doc/md.texi: Refer to avr/constraints.md instead of
[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 Q
1840 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1841 for @code{asm} statements)
1842
1843 @item R
1844 AIX TOC entry
1845
1846 @item S
1847 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1848
1849 @item T
1850 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1851
1852 @item U
1853 System V Release 4 small data area reference
1854 @end table
1855
1856 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1857 @table @code
1858 @item I
1859 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1860
1861 @item J
1862 The constant 0.
1863
1864 @item K
1865 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1866
1867 @item L
1868 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1869 bits are zero).
1870
1871 @item M
1872 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1873 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1874
1875 @item N
1876 Negative 16-bit constants other than -65536.
1877
1878 @item O
1879 A 15-bit signed integer constant.
1880
1881 @item P
1882 A positive 16-bit constant.
1883 @end table
1884
1885 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1886 @table @code
1887 @item R
1888 Legacy register---the eight integer registers available on all
1889 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1890 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1891
1892 @item q
1893 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1894 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1895
1896 @item Q
1897 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1898 @code{c}, and @code{d}.
1899
1900 @ifset INTERNALS
1901 @item l
1902 Any register that can be used as the index in a base+index memory
1903 access: that is, any general register except the stack pointer.
1904 @end ifset
1905
1906 @item a
1907 The @code{a} register.
1908
1909 @item b
1910 The @code{b} register.
1911
1912 @item c
1913 The @code{c} register.
1914
1915 @item d
1916 The @code{d} register.
1917
1918 @item S
1919 The @code{si} register.
1920
1921 @item D
1922 The @code{di} register.
1923
1924 @item A
1925 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
1926 return half the result in one and half in the other).
1927
1928 @item f
1929 Any 80387 floating-point (stack) register.
1930
1931 @item t
1932 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
1933
1934 @item u
1935 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
1936
1937 @item y
1938 Any MMX register.
1939
1940 @item x
1941 Any SSE register.
1942
1943 @ifset INTERNALS
1944 @item Y
1945 Any SSE2 register.
1946 @end ifset
1947
1948 @item I
1949 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
1950
1951 @item J
1952 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
1953
1954 @item K
1955 Signed 8-bit integer constant.
1956
1957 @item L
1958 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
1959
1960 @item M
1961 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
1962
1963 @item N
1964 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
1965 instructions).
1966
1967 @ifset INTERNALS
1968 @item O
1969 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
1970 @end ifset
1971
1972 @item G
1973 Standard 80387 floating point constant.
1974
1975 @item C
1976 Standard SSE floating point constant.
1977
1978 @item e
1979 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
1980 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
1981 instructions).
1982
1983 @item Z
1984 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
1985 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
1986 instructions).
1987
1988 @end table
1989
1990 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
1991 @table @code
1992 @item a
1993 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1994
1995 @item b
1996 Branch register
1997
1998 @item c
1999 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2000
2001 @item d
2002 Application register residing in M-unit
2003
2004 @item e
2005 Application register residing in I-unit
2006
2007 @item f
2008 Floating-point register
2009
2010 @item m
2011 Memory operand.
2012 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2013 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2014 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2015
2016 @item G
2017 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2018
2019 @item I
2020 14-bit signed integer constant
2021
2022 @item J
2023 22-bit signed integer constant
2024
2025 @item K
2026 8-bit signed integer constant for logical instructions
2027
2028 @item L
2029 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2030
2031 @item M
2032 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2033
2034 @item N
2035 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2036
2037 @item O
2038 The constant zero
2039
2040 @item P
2041 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2042
2043 @item Q
2044 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2045
2046 @item R
2047 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2048
2049 @item S
2050 Memory operand except postincrement and postdecrement
2051 @end table
2052
2053 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2054 @table @code
2055 @item a
2056 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2057
2058 @item b
2059 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2060
2061 @item c
2062 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2063 @code{icc0} to @code{icc3}).
2064
2065 @item d
2066 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2067
2068 @item e
2069 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2070 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2071 mode larger than 4 bytes.
2072
2073 @item f
2074 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2075
2076 @item h
2077 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2078 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2079 mode larger than 4 bytes.
2080
2081 @item l
2082 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2083
2084 @item q
2085 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2086 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2087 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2088
2089 @item t
2090 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2091
2092 @item u
2093 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2094
2095 @item v
2096 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2097
2098 @item w
2099 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2100
2101 @item x
2102 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2103 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2104 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2105
2106 @item z
2107 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2108
2109 @item A
2110 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2111
2112 @item B
2113 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2114
2115 @item C
2116 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2117
2118 @item G
2119 Floating point constant zero
2120
2121 @item I
2122 6-bit signed integer constant
2123
2124 @item J
2125 10-bit signed integer constant
2126
2127 @item L
2128 16-bit signed integer constant
2129
2130 @item M
2131 16-bit unsigned integer constant
2132
2133 @item N
2134 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2135 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2136
2137 @item O
2138 Constant zero
2139
2140 @item P
2141 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2142 range of 1 to 2047.
2143
2144 @end table
2145
2146 @item Blackfin family---@file{config/bfin/bfin.h}
2147 @table @code
2148 @item a
2149 P register
2150
2151 @item d
2152 D register
2153
2154 @item z
2155 A call clobbered P register.
2156
2157 @item D
2158 Even-numbered D register
2159
2160 @item W
2161 Odd-numbered D register
2162
2163 @item e
2164 Accumulator register.
2165
2166 @item A
2167 Even-numbered accumulator register.
2168
2169 @item B
2170 Odd-numbered accumulator register.
2171
2172 @item b
2173 I register
2174
2175 @item B
2176 B register
2177
2178 @item f
2179 M register
2180
2181 @item c
2182 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2183
2184 @item C
2185 The CC register.
2186
2187 @item x
2188 Any D, P, B, M, I or L register.
2189
2190 @item y
2191 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2192 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2193
2194 @item w
2195 Any register except accumulators or CC.
2196
2197 @item Ksh
2198 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2199
2200 @item Kuh
2201 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2202
2203 @item Ks7
2204 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2205
2206 @item Ku7
2207 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2208
2209 @item Ku5
2210 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2211
2212 @item Ks4
2213 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2214
2215 @item Ks3
2216 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2217
2218 @item Ku3
2219 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2220
2221 @item P@var{n}
2222 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2223
2224 @item M1
2225 Constant 255.
2226
2227 @item M2
2228 Constant 65535.
2229
2230 @item J
2231 An integer constant with exactly a single bit set.
2232
2233 @item L
2234 An integer constant with all bits set except exactly one.
2235
2236 @item H
2237
2238 @item Q
2239 Any SYMBOL_REF.
2240 @end table
2241
2242 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2243 @table @code
2244 @item Rsp
2245 @itemx Rfb
2246 @itemx Rsb
2247 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2248
2249 @item Rcr
2250 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2251 registers are 24 bits wide)
2252
2253 @item Rcl
2254 Any control register, when they're 24 bits wide.
2255
2256 @item R0w
2257 @itemx R1w
2258 @itemx R2w
2259 @itemx R3w
2260 $r0, $r1, $r2, $r3.
2261
2262 @item R02
2263 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2264
2265 @item R13
2266 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2267
2268 @item Rdi
2269 A register that can hold a 64 bit value.
2270
2271 @item Rhl
2272 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2273
2274 @item R23
2275 $r2 or $r3
2276
2277 @item Raa
2278 Address registers
2279
2280 @item Raw
2281 Address registers when they're 16 bits wide.
2282
2283 @item Ral
2284 Address registers when they're 24 bits wide.
2285
2286 @item Rqi
2287 Registers that can hold QI values.
2288
2289 @item Rad
2290 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2291
2292 @item Rsi
2293 Registers that can hold 32 bit values.
2294
2295 @item Rhi
2296 Registers that can hold 16 bit values.
2297
2298 @item Rhc
2299 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2300 registers.
2301
2302 @item Rra
2303 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2304
2305 @item Rfl
2306 The flags register.
2307
2308 @item Rmm
2309 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2310
2311 @item Rpi
2312 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2313 bit registers for m32cm, m32c).
2314
2315 @item Rpa
2316 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2317 Used to match function return values.
2318
2319 @item Is3
2320 -8 @dots{} 7
2321
2322 @item IS1
2323 -128 @dots{} 127
2324
2325 @item IS2
2326 -32768 @dots{} 32767
2327
2328 @item IU2
2329 0 @dots{} 65535
2330
2331 @item In4
2332 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2333
2334 @item In5
2335 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2336
2337 @item In6
2338 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2339
2340 @item IM2
2341 -65536 @dots{} -1
2342
2343 @item Ilb
2344 An 8 bit value with exactly one bit set.
2345
2346 @item Ilw
2347 A 16 bit value with exactly one bit set.
2348
2349 @item Sd
2350 The common src/dest memory addressing modes.
2351
2352 @item Sa
2353 Memory addressed using $a0 or $a1.
2354
2355 @item Si
2356 Memory addressed with immediate addresses.
2357
2358 @item Ss
2359 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2360
2361 @item Sf
2362 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2363
2364 @item Ss
2365 Memory addressed using the small base register ($sb).
2366
2367 @item S1
2368 $r1h
2369 @end table
2370
2371 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2372 @table @code
2373 @item d
2374 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2375 generating MIPS16 code.
2376
2377 @item f
2378 A floating-point register (if available).
2379
2380 @item h
2381 The @code{hi} register.
2382
2383 @item l
2384 The @code{lo} register.
2385
2386 @item x
2387 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2388
2389 @item c
2390 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2391 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2392
2393 @item y
2394 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2395
2396 @item z
2397 A floating-point condition code register.
2398
2399 @item I
2400 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2401
2402 @item J
2403 Integer zero.
2404
2405 @item K
2406 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2407
2408 @item L
2409 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2410 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2411
2412 @item M
2413 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2414 or @code{ori}.
2415
2416 @item N
2417 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2418
2419 @item O
2420 A signed 15-bit constant.
2421
2422 @item P
2423 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2424
2425 @item G
2426 Floating-point zero.
2427
2428 @item R
2429 An address that can be used in a non-macro load or store.
2430 @end table
2431
2432 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/m68k.h}
2433 @table @code
2434 @item a
2435 Address register
2436
2437 @item d
2438 Data register
2439
2440 @item f
2441 68881 floating-point register, if available
2442
2443 @item I
2444 Integer in the range 1 to 8
2445
2446 @item J
2447 16-bit signed number
2448
2449 @item K
2450 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2451
2452 @item L
2453 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2454
2455 @item M
2456 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2457
2458 @item G
2459 Floating point constant that is not a 68881 constant
2460 @end table
2461
2462 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2463 @table @code
2464 @item a
2465 Register `a'
2466
2467 @item b
2468 Register `b'
2469
2470 @item d
2471 Register `d'
2472
2473 @item q
2474 An 8-bit register
2475
2476 @item t
2477 Temporary soft register _.tmp
2478
2479 @item u
2480 A soft register _.d1 to _.d31
2481
2482 @item w
2483 Stack pointer register
2484
2485 @item x
2486 Register `x'
2487
2488 @item y
2489 Register `y'
2490
2491 @item z
2492 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2493
2494 @item A
2495 An address register: x, y or z
2496
2497 @item B
2498 An address register: x or y
2499
2500 @item D
2501 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2502
2503 @item L
2504 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2505
2506 @item M
2507 Constants whose 16-bit low part is zero
2508
2509 @item N
2510 Constant integer 1 or @minus{}1
2511
2512 @item O
2513 Constant integer 16
2514
2515 @item P
2516 Constants in the range @minus{}8 to 2
2517
2518 @end table
2519
2520 @need 1000
2521 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2522 @table @code
2523 @item f
2524 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2525 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2526
2527 @item e
2528 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2529 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2530 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2531
2532 @item c
2533 Floating-point condition code register.
2534
2535 @item d
2536 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2537 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2538
2539 @item b
2540 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2541 when the Visual Instruction Set is available.
2542
2543 @item h
2544 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2545
2546 @item I
2547 Signed 13-bit constant
2548
2549 @item J
2550 Zero
2551
2552 @item K
2553 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2554 loaded with the @code{sethi} instruction)
2555
2556 @item L
2557 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2558
2559 @item M
2560 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2561
2562 @item N
2563 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2564 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2565 modes wider than @code{SImode}
2566
2567 @item O
2568 The constant 4096
2569
2570 @item G
2571 Floating-point zero
2572
2573 @item H
2574 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2575
2576 @item Q
2577 Floating-point constant whose integral representation can
2578 be moved into an integer register using a single sethi
2579 instruction
2580
2581 @item R
2582 Floating-point constant whose integral representation can
2583 be moved into an integer register using a single mov
2584 instruction
2585
2586 @item S
2587 Floating-point constant whose integral representation can
2588 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2589 instruction sequence
2590
2591 @item T
2592 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2593
2594 @item U
2595 Even register
2596
2597 @item W
2598 Memory address for @samp{e} constraint registers
2599
2600 @item Y
2601 Vector zero
2602
2603 @end table
2604
2605 @item TMS320C3x/C4x---@file{config/c4x/c4x.h}
2606 @table @code
2607 @item a
2608 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2609
2610 @item b
2611 Stack pointer register (sp)
2612
2613 @item c
2614 Standard (32-bit) precision integer register
2615
2616 @item f
2617 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2618
2619 @item k
2620 Block count register (bk)
2621
2622 @item q
2623 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2624
2625 @item t
2626 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2627
2628 @item u
2629 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2630
2631 @item v
2632 Repeat count register (rc)
2633
2634 @item x
2635 Index register (ir0-ir1)
2636
2637 @item y
2638 Status (condition code) register (st)
2639
2640 @item z
2641 Data page register (dp)
2642
2643 @item G
2644 Floating-point zero
2645
2646 @item H
2647 Immediate 16-bit floating-point constant
2648
2649 @item I
2650 Signed 16-bit constant
2651
2652 @item J
2653 Signed 8-bit constant
2654
2655 @item K
2656 Signed 5-bit constant
2657
2658 @item L
2659 Unsigned 16-bit constant
2660
2661 @item M
2662 Unsigned 8-bit constant
2663
2664 @item N
2665 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2666
2667 @item O
2668 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2669
2670 @item Q
2671 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2672
2673 @item R
2674 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2675
2676 @item S
2677 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2678
2679 @item T
2680 Direct memory reference
2681
2682 @item U
2683 Symbolic address
2684
2685 @end table
2686
2687 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2688 @table @code
2689 @item a
2690 Address register (general purpose register except r0)
2691
2692 @item c
2693 Condition code register
2694
2695 @item d
2696 Data register (arbitrary general purpose register)
2697
2698 @item f
2699 Floating-point register
2700
2701 @item I
2702 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2703
2704 @item J
2705 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2706
2707 @item K
2708 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2709
2710 @item L
2711 Value appropriate as displacement.
2712 @table @code
2713        @item (0..4095)
2714        for short displacement
2715        @item (-524288..524287)
2716        for long displacement
2717 @end table
2718
2719 @item M
2720 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2721
2722 @item N
2723 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2724 @table @code
2725          @item 0..9:
2726          number of the part counting from most to least significant
2727          @item H,Q:
2728          mode of the part
2729          @item D,S,H:
2730          mode of the containing operand
2731          @item 0,F:
2732          value of the other parts (F---all bits set)
2733 @end table
2734 The constraint matches if the specified part of a constant
2735 has a value different from it's other parts.
2736
2737 @item Q
2738 Memory reference without index register and with short displacement.
2739
2740 @item R
2741 Memory reference with index register and short displacement.
2742
2743 @item S
2744 Memory reference without index register but with long displacement.
2745
2746 @item T
2747 Memory reference with index register and long displacement.
2748
2749 @item U
2750 Pointer with short displacement.
2751
2752 @item W
2753 Pointer with long displacement.
2754
2755 @item Y
2756 Shift count operand.
2757
2758 @end table
2759
2760 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
2761 @table @code
2762 @item a
2763 Register r0.
2764
2765 @item b
2766 Register r1.
2767
2768 @item c
2769 Register r2.
2770
2771 @item d
2772 Register r8.
2773
2774 @item e
2775 Registers r0 through r7.
2776
2777 @item t
2778 Registers r0 and r1.
2779
2780 @item y
2781 The carry register.
2782
2783 @item z
2784 Registers r8 and r9.
2785
2786 @item I
2787 A constant between 0 and 3 inclusive.
2788
2789 @item J
2790 A constant that has exactly one bit set.
2791
2792 @item K
2793 A constant that has exactly one bit clear.
2794
2795 @item L
2796 A constant between 0 and 255 inclusive.
2797
2798 @item M
2799 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2800
2801 @item N
2802 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2803
2804 @item O
2805 A constant between 1 and 4 inclusive.
2806
2807 @item P
2808 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2809
2810 @item Q
2811 A memory reference that is a stack push.
2812
2813 @item R
2814 A memory reference that is a stack pop.
2815
2816 @item S
2817 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2818
2819 @item T
2820 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2821
2822 @item U
2823 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2824
2825 @item Z
2826 The constant 0.
2827
2828 @end table
2829
2830 @item Xtensa---@file{config/xtensa/xtensa.h}
2831 @table @code
2832 @item a
2833 General-purpose 32-bit register
2834
2835 @item b
2836 One-bit boolean register
2837
2838 @item A
2839 MAC16 40-bit accumulator register
2840
2841 @item I
2842 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2843
2844 @item J
2845 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2846
2847 @item K
2848 Integer constant valid for BccI instructions
2849
2850 @item L
2851 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2852
2853 @end table
2854
2855 @end table
2856
2857 @ifset INTERNALS
2858 @node Define Constraints
2859 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
2860 @cindex defining constraints
2861 @cindex constraints, defining
2862
2863 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
2864 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
2865 which allow subsets of all possible memory or address operands should
2866 be specially marked, to give @code{reload} more information.
2867
2868 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
2869 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
2870 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
2871 must begin with a letter or underscore. 
2872
2873 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
2874 constraint can have a name that begins with any other constraint's
2875 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
2876 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
2877 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
2878 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
2879
2880 Register constraints correspond directly to register classes.
2881 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
2882 definitions.
2883
2884 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
2885 All three arguments are string constants.
2886 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
2887 @code{match_operand} expressions.  @var{regclass} can be either the
2888 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
2889 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
2890 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
2891 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
2892 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
2893 is not available on a given subarchitecture.
2894
2895 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
2896 constraint.  Docstrings are explained further below.
2897 @end deffn
2898
2899 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
2900 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
2901 constraint matches.
2902
2903 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
2904 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
2905 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
2906 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
2907 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
2908 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
2909 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
2910 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
2911 might match, just like predicate expressions.
2912
2913 @code{match_test} C expressions have access to the
2914 following variables:
2915
2916 @table @var
2917 @item op
2918 The RTL object defining the operand.
2919 @item mode
2920 The machine mode of @var{op}.
2921 @item ival
2922 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
2923 @item hval
2924 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
2925 @code{const_double}.
2926 @item lval
2927 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
2928 @code{const_double}.
2929 @item rval
2930 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
2931 @code{const_double}.
2932 @end table
2933
2934 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
2935 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
2936 object.
2937 @end deffn
2938
2939 Most non-register constraints should be defined with
2940 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
2941 are only appropriate for constraints that should be handled specially
2942 by @code{reload} if they fail to match.
2943
2944 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
2945 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
2946 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
2947 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
2948 base register (from the register class specified by
2949 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
2950
2951 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
2952 memory references, but only those that do not make use of an index
2953 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
2954 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
2955 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
2956 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
2957 memory address into a base register if required.  This is analogous to
2958 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
2959
2960 The syntax and semantics are otherwise identical to
2961 @code{define_constraint}.
2962 @end deffn
2963
2964 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
2965 Use this expression for constraints that match a subset of all address
2966 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
2967 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
2968 with @var{X} a base register.
2969
2970 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
2971 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
2972 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
2973 the generic @samp{p} constraint.
2974
2975 The syntax and semantics are otherwise identical to
2976 @code{define_constraint}.
2977 @end deffn
2978
2979 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
2980 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
2981 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
2982 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
2983 the future.  For the time being, constraints with these names must be
2984 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
2985 it correctly:
2986
2987 @smallexample
2988 @group
2989 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
2990   "@var{doc}@dots{}"
2991   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
2992        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
2993 @end group
2994 @end smallexample
2995 @c the semicolons line up in the formatted manual
2996
2997 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
2998 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
2999
3000 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3001 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3002 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3003 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3004 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3005 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3006 causes a reload failure.
3007
3008 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3009 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3010 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3011 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3012
3013 @node C Constraint Interface
3014 @subsection Testing constraints from C
3015 @cindex testing constraints
3016 @cindex constraints, testing
3017
3018 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3019 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3020 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3021 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3022 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3023 may change in the future.
3024
3025 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3026 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3027 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3028 the old constraint interface that machine-independent components of
3029 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3030 future.
3031
3032 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3033 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3034 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3035 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3036 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3037
3038 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3039 @example
3040 @multitable {Original} {Mangled}
3041 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3042 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3043 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3044 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3045 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3046 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3047 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3048 @end multitable
3049 @end example
3050
3051 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3052 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3053 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3054 a larger identifier).
3055
3056 @deftp Enum constraint_num
3057 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3058 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3059 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3060 argument expect one of these constants.
3061
3062 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3063 This may change in the future.
3064 @end deftp
3065
3066 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3067 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3068 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3069 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3070 before @file{tm_p.h}.
3071 @end deftypefun
3072
3073 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3074 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3075 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3076 specifies a register constraint, this function will always return
3077 @code{false}.
3078 @end deftypefun
3079
3080 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3081 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3082 a register constraint, or those registers are not available for the
3083 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3084 @end deftypefun
3085
3086 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3087 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3088 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3089 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3090 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3091 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3092 definition from the i386 machine description.)
3093
3094 @smallexample
3095 (define_peephole2
3096   [(match_scratch:SI 3 "r")
3097    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3098         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3099                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3100
3101   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3102
3103   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3104    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3105
3106   "")
3107 @end smallexample
3108
3109 @node Standard Names
3110 @section Standard Pattern Names For Generation
3111 @cindex standard pattern names
3112 @cindex pattern names
3113 @cindex names, pattern
3114
3115 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3116 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3117 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3118 pattern to accomplish a certain task.
3119
3120 @table @asis
3121 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3122 @item @samp{mov@var{m}}
3123 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3124 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3125 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3126
3127 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3128 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3129 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3130 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3131 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3132 outside the target word are left unchanged.
3133
3134 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3135 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3136 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3137 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3138 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3139
3140 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3141 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3142 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3143 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3144 into a register.
3145
3146 @findex force_reg
3147 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3148 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3149 registers other than the operands.  For example, if you support the
3150 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3151 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3152 function which might generate new pseudo registers.
3153
3154 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3155 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3156 some temporary registers.
3157
3158 @findex change_address
3159 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3160 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3161 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3162 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3163 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3164 an address into a valid address and no routine (such as
3165 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3166 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3167
3168 @findex reload_in_progress
3169 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3170 declared if required) can be used to determine whether such special
3171 handling is required.
3172
3173 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3174 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3175 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3176 machines explicit memory references will get optional reloads.
3177
3178 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3179 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3180
3181 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3182 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3183
3184 @findex no_new_pseudos
3185 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
3186 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3187 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3188
3189 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3190 register to any other hard register provided that
3191 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3192 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3193
3194 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3195 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3196 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3197 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3198 point members.
3199
3200 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3201 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3202 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3203 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3204 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3205 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3206 reload into a floating point register.
3207
3208 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3209 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3210 @item @samp{reload_in@var{m}}
3211 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3212 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3213 @code{secondary_reload}.
3214
3215 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3216 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3217 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3218 macro in @pxref{Register Classes}.
3219
3220 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3221 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3222 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3223 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3224 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3225 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3226 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3227 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3228 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3229 for these patterns.
3230
3231 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3232 @item @samp{movstrict@var{m}}
3233 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3234 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3235 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3236 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3237
3238 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3239 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3240 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3241 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3242 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3243 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3244 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3245
3246 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3247 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3248
3249 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3250 @item @samp{load_multiple}
3251 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3252 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3253 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3254 number of consecutive registers.
3255
3256 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3257 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3258 registers from memory is to do them one at a time.
3259
3260 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3261 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3262 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3263 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3264 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3265
3266 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3267 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3268 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3269 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3270 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3271
3272 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3273 @item @samp{store_multiple}
3274 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3275 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3276 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3277 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3278
3279 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3280 @item @samp{vec_set@var{m}}
3281 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3282 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3283
3284 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3285 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3286 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3287 specify field index and operand 0 place to store value into.
3288
3289 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3290 @item @samp{vec_init@var{m}}
3291 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3292 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3293
3294 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3295 @item @samp{push@var{m}1}
3296 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3297 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3298 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3299 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3300 method is deprecated.
3301
3302 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3303 @item @samp{add@var{m}3}
3304 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3305 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3306 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3307
3308 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3309 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3310 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3311 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3312 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3313 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3314 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3315 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3316 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3317 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3318 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3319 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3320 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3321 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3322 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3323 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3324 Similar, for other arithmetic operations.
3325
3326 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3327 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3328 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3329 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3330 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3331 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3332
3333 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3334 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3335 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3336 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3337 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3338 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3339 modes.
3340
3341 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3342 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3343 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3344 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3345 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3346 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3347 modes.
3348
3349 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3350 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3351 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3352 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3353 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3354
3355 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3356 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3357 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3358 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3359 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3360
3361 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3362 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3363 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3364 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3365 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3366 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3367 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3368 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3369 is of the same mode as operand 3. 
3370
3371 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3372 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3373 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3374 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3375 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3376 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3377 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3378 of a wider mode.)
3379
3380 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3381 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3382 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3383 Whole vector left/right shift in bits.
3384 Operand 1 is a vector to be shifted.
3385 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3386 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3387 The output and input vectors should have the same modes.
3388
3389 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3390 @item @samp{mulhisi3}
3391 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3392 a @code{SImode} product in operand 0.
3393
3394 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3395 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3396 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3397 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3398
3399 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3400 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3401 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3402 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3403 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3404 multiplication.
3405
3406 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3407 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3408 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3409 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3410 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3411 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3412 multiplication.
3413
3414 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3415 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3416 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3417 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3418 The least significant half of the product is discarded.
3419
3420 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3421 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3422 Similar, but the multiplication is unsigned.
3423
3424 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3425 @item @samp{divmod@var{m}4}
3426 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3427 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3428 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3429
3430 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3431 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3432 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3433 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3434 and remainder are computed.
3435
3436 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3437 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3438 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3439 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3440 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3441
3442 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3443 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3444 Similar, but does unsigned division.
3445
3446 @anchor{shift patterns}
3447 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3448 @item @samp{ashl@var{m}3}
3449 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3450 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3451 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3452 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3453 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3454 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3455 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3456
3457 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3458 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3459 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3460 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3461 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3462 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3463 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3464
3465 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3466 @item @samp{neg@var{m}2}
3467 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3468
3469 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3470 @item @samp{abs@var{m}2}
3471 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3472
3473 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3474 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3475 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3476
3477 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3478 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3479 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3480 type @code{float}.
3481
3482 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3483 @item @samp{cos@var{m}2}
3484 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3485
3486 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3487 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3488 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3489 type @code{float}.
3490
3491 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3492 @item @samp{sin@var{m}2}
3493 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3494
3495 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3496 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3497 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3498 type @code{float}.
3499
3500 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3501 @item @samp{exp@var{m}2}
3502 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3503
3504 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3505 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3506 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3507 type @code{float}.
3508
3509 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3510 @item @samp{log@var{m}2}
3511 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3512
3513 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3514 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3515 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3516 type @code{float}.
3517
3518 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3519 @item @samp{pow@var{m}3}
3520 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3521 into operand 0.
3522
3523 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3524 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3525 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3526 type @code{float}.
3527
3528 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3529 @item @samp{atan2@var{m}3}
3530 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3531 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3532 determine the quadrant of the result.
3533
3534 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3535 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3536 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3537 type @code{float}.
3538
3539 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3540 @item @samp{floor@var{m}2}
3541 Store the largest integral value not greater than argument.
3542
3543 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3544 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3545 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3546 type @code{float}.
3547
3548 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3549 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3550 Store the argument rounded to integer towards zero.
3551
3552 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3553 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3554 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3555 type @code{float}.
3556
3557 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3558 @item @samp{round@var{m}2}
3559 Store the argument rounded to integer away from zero.
3560
3561 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3562 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3563 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3564 type @code{float}.
3565
3566 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3567 @item @samp{ceil@var{m}2}
3568 Store the argument rounded to integer away from zero.
3569
3570 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3571 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3572 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3573 type @code{float}.
3574
3575 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3576 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3577 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3578
3579 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3580 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3581 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3582 type @code{float}.
3583
3584 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3585 @item @samp{rint@var{m}2}
3586 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3587 raise the inexact exception when the result differs in value from
3588 the argument
3589
3590 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3591 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3592 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3593 type @code{float}.
3594
3595 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3596 @item @samp{copysign@var{m}3}
3597 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3598 2 into operand 0.
3599
3600 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3601 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3602 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3603 type @code{float}.
3604
3605 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3606 @item @samp{ffs@var{m}2}
3607 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3608 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3609 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3610 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3611 generating the instruction.
3612
3613 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3614 corresponds to the C data type @code{int}.
3615
3616 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3617 @item @samp{clz@var{m}2}
3618 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3619 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3620 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3621 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3622 operand to that mode before generating the instruction.
3623
3624 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3625 @item @samp{ctz@var{m}2}
3626 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3627 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3628 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3629 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3630 operand to that mode before generating the instruction.
3631
3632 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3633 @item @samp{popcount@var{m}2}
3634 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3635 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3636 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3637 generating the instruction.
3638
3639 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3640 @item @samp{parity@var{m}2}
3641 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3642 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3643 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3644 the operand to that mode before generating the instruction.
3645
3646 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3647 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3648 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3649
3650 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3651 @item @samp{cmp@var{m}}
3652 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3653 The RTL pattern should look like this:
3654
3655 @smallexample
3656 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3657                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3658 @end smallexample
3659
3660 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3661 @item @samp{tst@var{m}}
3662 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3663 The RTL pattern should look like this:
3664
3665 @smallexample
3666 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3667 @end smallexample
3668
3669 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3670 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3671 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3672 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3673
3674 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3675 @item @samp{movmem@var{m}}
3676 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3677 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3678 address in mode @code{Pmode}.
3679
3680 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3681 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3682 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3683 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3684 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3685 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3686 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3687
3688 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3689 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3690 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3691 it may provide the value 4 for this operand.
3692
3693 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3694 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3695 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3696 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3697 individually moved data units in the block.
3698
3699 These patterns need not give special consideration to the possibility
3700 that the source and destination strings might overlap.
3701
3702 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3703 @item @samp{movstr}
3704 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3705 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3706 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3707 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3708 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3709 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3710
3711 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3712 @item @samp{setmem@var{m}}
3713 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3714 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3715 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
3716 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
3717 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
3718 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3719
3720 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
3721 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3722 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3723 operand.
3724
3725 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3726
3727 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
3728 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
3729 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3730 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3731 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3732 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3733 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3734 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3735 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3736 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3737 indicates the result of the comparison.
3738
3739 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3740 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3741 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
3742 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
3743 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
3744 @code{Pmode}.
3745
3746 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3747 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3748 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3749 it may provide the value 4 for this operand.
3750
3751 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
3752 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
3753 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
3754 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
3755 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
3756 whose sign indicates the result of the comparison.
3757
3758 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3759 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3760 Block compare instruction, with five operands like the operands
3761 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3762 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3763 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3764 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3765 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3766 comparison.
3767
3768 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3769 @item @samp{strlen@var{m}}
3770 Compute the length of a string, with three operands.
3771 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3772 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3773 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3774 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3775 of the beginning of the string.
3776
3777 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3778 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3779 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3780 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3781 @var{n}).
3782
3783 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3784 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3785 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3786 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3787 @var{n}).
3788
3789 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3790 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3791 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3792 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3793 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3794 the value of operand 1 is an integer.
3795
3796 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3797 define the @code{ftrunc} pattern.
3798
3799 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3800 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3801 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3802 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3803 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3804 value of operand 1 is an integer.
3805
3806 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3807 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3808 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3809 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3810 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3811
3812 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3813 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3814 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3815 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3816
3817 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3818 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3819 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3820 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3821
3822 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3823 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3824 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3825 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3826 point or both floating point.
3827
3828 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3829 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3830 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3831 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3832 point or both floating point.
3833
3834 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3835 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3836 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3837 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3838 point.
3839
3840 @cindex @code{extv} instruction pattern
3841 @item @samp{extv}
3842 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3843 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3844 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3845 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3846 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3847 be valid for @code{word_mode}.
3848
3849 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3850 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
3851
3852 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3853 before it is stored in operand 0.
3854
3855 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3856 @item @samp{extzv}
3857 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3858
3859 @cindex @code{insv} instruction pattern
3860 @item @samp{insv}
3861 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3862 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3863 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3864 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3865 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
3866
3867 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3868 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
3869
3870 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
3871 @item @samp{mov@var{mode}cc}
3872 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
3873 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
3874 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
3875
3876 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
3877 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
3878 conditionally move an integer value based on the floating point condition
3879 codes and vice versa.
3880
3881 If the machine does not have conditional move instructions, do not
3882 define these patterns.
3883
3884 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
3885 @item @samp{add@var{mode}cc}
3886 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
3887 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
3888 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
3889 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
3890
3891 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
3892 @item @samp{s@var{cond}}
3893 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
3894 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
3895 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
3896 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
3897
3898 You specify the mode that the operand must have when you write the
3899 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
3900 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
3901
3902 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
3903 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
3904 you should omit it from the machine description.  You describe to the
3905 compiler exactly which value is stored by defining the macro
3906 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
3907 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
3908 should omit those operations from the machine description.
3909
3910 These operations may fail, but should do so only in relatively
3911 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
3912 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
3913
3914 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
3915 that copies the constant one to the target and branches around an
3916 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
3917 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
3918 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
3919 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
3920 the machine description.
3921
3922 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
3923 @item @samp{b@var{cond}}
3924 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
3925 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
3926 condition @var{cond}.
3927
3928 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
3929 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
3930 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
3931 simply store the operands away and generate all the required insns in a
3932 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
3933 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
3934 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
3935 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
3936
3937 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
3938 where the mode used for the comparison depends on the condition being
3939 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
3940
3941 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
3942 @samp{s@var{cond}} patterns.
3943
3944 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
3945 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
3946 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
3947 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
3948 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
3949 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
3950
3951 @cindex @code{jump} instruction pattern
3952 @item @samp{jump}
3953 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
3954 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
3955 on all machines.
3956
3957 @cindex @code{call} instruction pattern
3958 @item @samp{call}
3959 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
3960 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
3961 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
3962 operands.
3963
3964 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
3965 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
3966 to put this information into the assembler code; they can put it in
3967 the RTL instead of operand 1.
3968
3969 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
3970 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
3971 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
3972 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
3973 instruction, the pattern for this operation should be a
3974 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
3975 address into a register and uses that register in the call instruction.
3976
3977 @cindex @code{call_value} instruction pattern
3978 @item @samp{call_value}
3979 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
3980 register in which the value is returned.  There are three more
3981 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
3982 instruction (but with numbers increased by one).
3983
3984 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
3985 insn.
3986
3987 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3988 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3989 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3990 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3991 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3992 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3993 adjustment made to the frame pointer.
3994
3995 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3996 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3997 can be eliminated, if desired.
3998
3999 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4000 @item @samp{untyped_call}
4001 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4002 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4003 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4004 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4005 the saving of a function return value into the result block.
4006
4007 This instruction pattern should be defined to support
4008 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4009 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4010 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4011 multiple registers that can hold a return value
4012 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4013
4014 @cindex @code{return} instruction pattern
4015 @item @samp{return}
4016 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4017 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4018 from a function.
4019
4020 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4021 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4022 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4023 some class of functions only requires one instruction to implement a
4024 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4025 to save any registers or allocate stack space.
4026
4027 @findex reload_completed
4028 @findex leaf_function_p
4029 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4030 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4031 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4032 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4033 a register window push is required.
4034
4035 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4036 such as
4037
4038 @smallexample
4039 (define_insn ""
4040   [(set (pc)
4041         (if_then_else (match_operator
4042                          0 "comparison_operator"
4043                          [(cc0) (const_int 0)])
4044                       (return)
4045                       (pc)))]
4046   "@var{condition}"
4047   "@dots{}")
4048 @end smallexample
4049
4050 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4051 named @samp{return} pattern.
4052
4053 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4054 @item @samp{untyped_return}
4055 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4056 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4057 instructions are needed to return a value of any type.
4058
4059 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4060 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4061 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4062 the restoring of a function return value from the result block.
4063
4064 @cindex @code{nop} instruction pattern
4065 @item @samp{nop}
4066 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4067 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4068 RTL pattern.
4069
4070 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4071 @item @samp{indirect_jump}
4072 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4073 This pattern name is mandatory on all machines.
4074
4075 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4076 @item @samp{casesi}
4077 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4078 This instruction takes five operands:
4079
4080 @enumerate
4081 @item
4082 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4083
4084 @item
4085 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4086
4087 @item
4088 The total range of indices in the table---the largest index
4089 minus the smallest one (both inclusive).
4090
4091 @item
4092 A label that precedes the table itself.
4093
4094 @item
4095 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4096 @end enumerate
4097
4098 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4099 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4100 difference between the upper bound and the lower bound.
4101
4102 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4103 @item @samp{tablejump}
4104 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4105 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4106 is no @samp{casesi} pattern.
4107
4108 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4109 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4110 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4111 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4112 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4113 mode @code{Pmode}.
4114
4115 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4116 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4117 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4118 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4119
4120
4121 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4122 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4123 Conditional branch instruction that decrements a register and
4124 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4125 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4126 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4127
4128 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4129 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4130 reduction is enabled.
4131
4132 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4133 @item @samp{doloop_end}
4134 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4135 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4136 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4137 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4138 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4139 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4140 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4141 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4142 @xref{Looping Patterns}.
4143
4144 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4145 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4146 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4147 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4148 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4149 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4150 too large for this instruction, make it fail.
4151
4152 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4153 @item @samp{doloop_begin}
4154 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4155 need to perform some initialization, such as loading special registers
4156 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4157 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4158 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4159
4160
4161 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4162 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4163 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4164 into operand 0.
4165
4166 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4167 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4168 and also has mode @code{Pmode}.
4169
4170 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4171 the address of the function which would be called if the function
4172 pointer were used in an indirect call.
4173
4174 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4175 can have different values but still call the same function when
4176 used in an indirect call.
4177
4178 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4179 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4180 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4181 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4182 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4183 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4184 @item @samp{save_stack_block}
4185 @itemx @samp{save_stack_function}
4186 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4187 @itemx @samp{restore_stack_block}
4188 @itemx @samp{restore_stack_function}
4189 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4190 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4191 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4192 such machines.
4193
4194 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4195 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4196 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4197 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4198 saves and restores are:
4199
4200 @enumerate
4201 @item
4202 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4203 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4204 restores the stack pointer when the block is exited.
4205
4206 @item
4207 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4208 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4209 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4210 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4211 restore sequence on some machines.
4212
4213 @item
4214 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4215 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4216 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4217 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4218 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4219 and restoring additional data such as register window information or
4220 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4221 such required data.
4222 @end enumerate
4223
4224 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4225 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4226 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4227 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4228 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4229 for a particular type of save (either because no save is needed or
4230 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4231 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4232 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4233 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4234
4235 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4236 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4237 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4238
4239 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4240 @item @samp{allocate_stack}
4241 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4242 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4243
4244 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4245 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4246 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4247 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4248 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4249 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4250 stack is free.
4251
4252 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4253 Some machines require other operations such as stack probes or
4254 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4255 operations in addition to updating the stack pointer.
4256
4257 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4258 @item @samp{check_stack}
4259 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4260 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4261 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4262 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4263 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4264 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4265 limit from a global or thread-specific variable or register.
4266
4267 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4268 @item @samp{nonlocal_goto}
4269 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4270 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4271 each representing a value to be used in the jump.  The first
4272 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4273 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4274 the third is the address of a location where the stack is saved,
4275 and the last is the address of the label, to be placed in the
4276 location for the incoming static chain.
4277
4278 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4279 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4280 and static chain, restore the stack (using the
4281 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4282 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4283 not work on your machine.
4284
4285 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4286 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4287 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4288 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4289 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4290 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4291 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4292 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4293 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4294 There are no arguments.
4295
4296 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4297 @item @samp{exception_receiver}
4298 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4299 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4300 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4301 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4302 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4303 an exception.  There are no arguments.
4304
4305 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4306 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4307 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4308 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4309 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4310 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4311 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4312 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4313 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4314 the first three are normally used by the generic mechanism.
4315
4316 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4317 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4318 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4319 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4320 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4321 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4322 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4323 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4324 at a small offset from that label.
4325
4326 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4327 @item @samp{builtin_longjmp}
4328 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4329 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4330 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4331 @code{jmp_buf}.
4332
4333 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4334 @item @samp{eh_return}
4335 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4336 and thence the call frame exception handling library routines, are
4337 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4338 the abnormal return path.
4339
4340 The address of the exception handler to which the function should return
4341 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4342 the pattern to some special register or memory location.
4343 If the pattern needs to determine the location of the target call
4344 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4345 if defined; it will have already been assigned.
4346
4347 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4348 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4349 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4350 handling is to be used.
4351
4352 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4353 @anchor{prologue instruction pattern}
4354 @item @samp{prologue}
4355 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4356 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4357 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4358
4359 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4360 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4361
4362 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4363 instruction scheduling.
4364
4365 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4366 @anchor{epilogue instruction pattern}
4367 @item @samp{epilogue}
4368 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4369 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4370 registers and emitting the return instruction.
4371
4372 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4373 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4374
4375 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4376 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4377
4378 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4379 @item @samp{sibcall_epilogue}
4380 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4381 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4382 sibling call (aka tail call) sites.
4383
4384 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4385 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4386 function.
4387
4388 @cindex @code{trap} instruction pattern
4389 @item @samp{trap}
4390 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4391 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4392 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4393
4394 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4395 @item @samp{conditional_trap}
4396 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4397 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4398
4399 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4400
4401 @smallexample
4402 (define_insn "conditional_trap"
4403   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4404              [(cc0) (const_int 0)])
4405             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4406   ""
4407   "@dots{}")
4408 @end smallexample
4409
4410 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4411 @item @samp{prefetch}
4412
4413 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4414 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4415 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4416 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4417 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4418 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4419 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4420 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4421 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4422
4423 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4424 the values of operands 1 and 2.
4425
4426 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4427 @item @samp{memory_barrier}
4428
4429 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4430 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4431 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4432 This pattern has no operands.
4433
4434 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4435 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4436
4437 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4438 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4439 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4440 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4441 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4442 of the operation; it should contain the contents of the memory
4443 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4444 a copy of operand 2.
4445
4446 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4447
4448 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4449 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4450 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4451 after the atomic operation.
4452
4453 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4454 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4455
4456 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4457 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4458 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4459 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4460
4461 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4462 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4463 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4464 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4465 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4466
4467 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4468 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4469 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4470 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4471 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4472 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4473 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4474 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4475 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4476
4477 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4478 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4479 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4480
4481 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4482
4483 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4484 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4485 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4486 after the atomic operation.
4487
4488 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4489 from a compare-and-swap operation, if defined.
4490
4491 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4492 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4493 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4494 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4495 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4496 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4497 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4498 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4499 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4500
4501 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4502 and return the value that the memory contained before the operation.
4503 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4504 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4505 to the binary operator.
4506
4507 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4508 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4509 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4510 after the atomic operation.
4511
4512 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4513 from a compare-and-swap operation, if defined.
4514
4515 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4516 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4517 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4518 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4519 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4520 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4521 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4522 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4523 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4524
4525 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4526 except that they return the value that exists in the memory location
4527 after the operation, rather than before the operation.
4528
4529 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4530 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4531
4532 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4533 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4534 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4535 is the value to set in the lock.
4536
4537 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4538 which the previous value in memory operand is copied into the result
4539 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4540
4541 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4542 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4543 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4544 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4545 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4546
4547 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4548 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4549 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4550
4551 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4552 a compare-and-swap operation, if defined.
4553
4554 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4555 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4556
4557 This pattern, if defined, releases a lock set by
4558 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4559 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4560
4561 If the target doesn't implement full semantics for
4562 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4563 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4564 of the memory operand are implementation defined.
4565
4566 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4567 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4568 released only after all previous memory operations have completed.
4569
4570 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4571 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4572
4573 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4574 @item @samp{stack_protect_set}
4575
4576 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4577 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4578 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4579 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4580 having clobbered it.
4581
4582 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4583
4584 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4585 @item @samp{stack_protect_test}
4586
4587 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4588 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4589 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4590 weren't equal.
4591
4592 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4593 conditional branch pattern is used.
4594
4595 @end table
4596
4597 @end ifset
4598 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4599 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4600 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4601 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4602 @ifset INTERNALS
4603 @node Pattern Ordering
4604 @section When the Order of Patterns Matters
4605 @cindex Pattern Ordering
4606 @cindex Ordering of Patterns
4607
4608 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4609 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4610 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4611 and faster instructions (those that will produce better code when they
4612 do match) should usually go first in the description.
4613
4614 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4615 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4616 instruction for converting a fullword to floating point and another
4617 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4618 an integer to floating point could match either one.  We put the
4619 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4620 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4621 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4622 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4623 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4624 constant value.
4625
4626 @end ifset
4627 @ifset INTERNALS
4628 @node Dependent Patterns
4629 @section Interdependence of Patterns
4630 @cindex Dependent Patterns
4631 @cindex Interdependence of Patterns
4632
4633 Every machine description must have a named pattern for each of the
4634 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4635 must always have the form
4636
4637 @smallexample
4638 (set (pc)
4639      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4640                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4641                    (pc)))
4642 @end smallexample
4643
4644 @noindent
4645 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4646 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4647 look like
4648
4649 @smallexample
4650 (set (pc)
4651      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4652                    (pc)
4653                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4654 @end smallexample
4655
4656 @noindent
4657 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4658 branches into reverse-conditional branches.
4659
4660 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4661 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4662 example,
4663
4664 @smallexample
4665 (define_insn ""
4666   [(set (pc)
4667         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4668                                       [(cc0) (const_int 0)])
4669                       (pc)
4670                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4671   "@var{condition}"
4672   "@dots{}")
4673 @end smallexample
4674
4675 In some cases machines support instructions identical except for the
4676 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4677 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4678 patterns are
4679
4680 @smallexample
4681 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4682      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4683
4684 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4685      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4686 @end smallexample
4687
4688 @noindent
4689 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4690 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4691 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4692 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4693 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4694 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4695
4696 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4697 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4698 compilations.
4699
4700 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4701 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4702 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4703 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4704 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4705 that supports register-register add insns by examining the operands and
4706 generating the appropriate machine instruction.
4707
4708 @end ifset
4709 @ifset INTERNALS
4710 @node Jump Patterns
4711 @section Defining Jump Instruction Patterns
4712 @cindex jump instruction patterns
4713 @cindex defining jump instruction patterns
4714
4715 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
4716 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
4717 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
4718 insn tests the condition code and branches or not according its value.
4719 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
4720 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
4721 way.
4722
4723 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
4724 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
4725 these machines is to treat them just like the others until the final stage
4726 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
4727 compare instruction, peek ahead at the following branch using
4728 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
4729 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
4730 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
4731 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
4732 can treat signed and unsigned branches identically.
4733
4734 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
4735 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
4736 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
4737 until the end.
4738
4739 To go with this technique, you must define the machine-description macro
4740 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
4741 compare instruction is superfluous.
4742
4743 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
4744 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
4745 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
4746 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
4747 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
4748
4749 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
4750 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
4751 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4752 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4753 above in addition to any special patterns you define.
4754
4755 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4756 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4757 these machines, the restriction that the definition and use of the
4758 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4759 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4760 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4761 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4762 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4763 separate the definition and use of the condition code register.
4764
4765 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4766 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4767 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4768 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4769 multiple condition registers, use a pseudo register.
4770
4771 @findex prev_cc0_setter
4772 @findex next_cc0_user
4773 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4774 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4775 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4776 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4777 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4778 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4779 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4780 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4781 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4782 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4783 and @code{next_cc0_user}.
4784
4785 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4786 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4787 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4788 we use the machine mode of the condition code register to record
4789 different formats of the condition code register.
4790
4791 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4792 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4793 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4794 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
4795 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
4796 a mode given an operand of a compare.
4797
4798 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4799 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4800 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4801 be specified at that time.
4802
4803 If the cases that require different modes would be made by instruction
4804 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4805 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4806 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4807 discussed above, we have the pattern
4808
4809 @smallexample
4810 (define_insn ""
4811   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4812         (compare:CC_NOOV
4813           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4814                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4815           (const_int 0)))]
4816   ""
4817   "@dots{}")
4818 @end smallexample
4819
4820 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4821 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4822
4823 @end ifset
4824 @ifset INTERNALS
4825 @node Looping Patterns
4826 @section Defining Looping Instruction Patterns
4827 @cindex looping instruction patterns
4828 @cindex defining looping instruction patterns
4829
4830 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4831 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4832 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4833 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4834 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4835 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4836 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4837 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4838 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4839 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4840 the jump.
4841
4842 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4843 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4844 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4845 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4846 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4847 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4848 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4849 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4850 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4851 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4852 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4853 following for its @code{dbra} instruction:
4854
4855 @smallexample
4856 @group
4857 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4858   [(set (pc)
4859         (if_then_else
4860           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4861                        (const_int -1))
4862               (const_int 0))
4863           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4864           (pc)))
4865    (set (match_dup 0)
4866         (plus:SI (match_dup 0)
4867                  (const_int -1)))]
4868   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4869   "@dots{}")
4870 @end group
4871 @end smallexample
4872
4873 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
4874 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
4875 since this insn is generated by the instruction combination phase
4876 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
4877 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
4878 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
4879 pattern will not be matched by the combiner.
4880
4881 @smallexample
4882 @group
4883 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4884   [(set (pc)
4885         (if_then_else
4886           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4887               (const_int 1))
4888           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4889           (pc)))
4890    (set (match_dup 0)
4891         (plus:SI (match_dup 0)
4892                  (const_int -1)))]
4893   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
4894   "@dots{}")
4895 @end group
4896 @end smallexample
4897
4898 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
4899 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
4900 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
4901 information collected during strength reduction.
4902
4903 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
4904 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
4905 is an optional companion pattern that can be used for initialization
4906 needed for some low-overhead looping instructions.
4907
4908 Note that some machines require the actual looping instruction to be
4909 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
4910 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
4911 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
4912 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
4913 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
4914 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
4915 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
4916 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
4917 desired special iteration counter register was not allocated, this
4918 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
4919 instruction pair.
4920
4921 The essential difference between the
4922 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
4923 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
4924 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
4925 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
4926 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
4927 may become redundant and removed by the flow pass.
4928
4929
4930 @end ifset
4931 @ifset INTERNALS
4932 @node Insn Canonicalizations
4933 @section Canonicalization of Instructions
4934 @cindex canonicalization of instructions
4935 @cindex insn canonicalization
4936
4937 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
4938 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
4939 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
4940 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
4941 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
4942 number of insn patterns required.
4943
4944 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
4945 are performed:
4946
4947 @itemize @bullet
4948 @item
4949 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
4950 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
4951 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
4952 be supplied.
4953
4954 @item
4955 For associative operators, a sequence of operators will always chain
4956 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
4957 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
4958 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
4959 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
4960 floating-point.
4961
4962 @item
4963 @cindex @code{neg}, canonicalization of
4964 @cindex @code{not}, canonicalization of
4965 @cindex @code{mult}, canonicalization of
4966 @cindex @code{plus}, canonicalization of
4967 @cindex @code{minus}, canonicalization of
4968 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
4969 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
4970 first operand.
4971
4972 @item
4973 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
4974 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
4975 the operations as far as possible.  For instance,
4976 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
4977 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
4978 @code{(minus A (mult B C))}.
4979
4980 @cindex @code{compare}, canonicalization of
4981 @item
4982 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
4983 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
4984 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
4985 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
4986 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
4987 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
4988 such an instruction.
4989
4990 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
4991 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
4992 above.
4993
4994 @item
4995 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
4996 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
4997
4998 @item
4999 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5000 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5001
5002 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5003 @cindex @code{and}, canonicalization of
5004 @cindex De Morgan's law
5005 @item
5006 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5007 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5008 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5009
5010 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5011 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5012 for that instruction as
5013
5014 @smallexample
5015 (define_insn ""
5016   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5017         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5018                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5019   "@dots{}"
5020   "@dots{}")
5021 @end smallexample
5022
5023 @noindent
5024 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5025
5026 @smallexample
5027 (define_insn ""
5028   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5029         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5030                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5031   "@dots{}"
5032   "@dots{}")
5033 @end smallexample
5034
5035 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5036 logically equivalent RTL expressions.
5037
5038 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5039 @item
5040 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5041 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5042 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5043
5044 @item
5045 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5046 the form
5047
5048 @smallexample
5049 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5050 @end smallexample
5051
5052 @item
5053 On machines that do not use @code{cc0},
5054 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5055 @var{x}.
5056
5057 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5058 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5059 @item
5060 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5061 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5062 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5063
5064 @end itemize
5065
5066 Further canonicalization rules are defined in the function
5067 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5068
5069 @end ifset
5070 @ifset INTERNALS
5071 @node Expander Definitions
5072 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5073 @cindex expander definitions
5074 @cindex code generation RTL sequences
5075 @cindex defining RTL sequences for code generation
5076
5077 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5078 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5079 represent them.  For these target machines, you can write a
5080 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5081
5082 @findex define_expand
5083 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5084 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5085 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5086
5087 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5088
5089 @itemize @bullet
5090 @item
5091 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5092 use for it is to refer to it by name.
5093
5094 @item
5095 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5096 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5097 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5098
5099 @item
5100 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5101 used to express how the availability of this pattern depends on
5102 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5103 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5104 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5105 depend on the data in the insn being matched, but only the
5106 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5107 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5108 are available in a particular run.
5109
5110 @item
5111 The preparation statements, a string containing zero or more C
5112 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5113 the RTL template.
5114
5115 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5116 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5117 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5118 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5119 @end itemize
5120
5121 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5122 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5123 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5124 it.
5125
5126 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5127 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5128 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5129
5130 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5131 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5132 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5133 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5134 information to preload the operand into a register if that is required for
5135 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5136 references should use @code{match_dup}.
5137
5138 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5139 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5140 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5141 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5142 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5143 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5144 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5145 compute the values and store them into the appropriate elements of
5146 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5147
5148 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5149 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5150 as a statement.
5151
5152 @table @code
5153
5154 @findex DONE
5155 @item DONE
5156 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5157 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5158 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5159 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5160
5161 @findex FAIL
5162 @item FAIL
5163 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5164 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5165 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5166
5167 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5168 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5169 operations.
5170 @end table
5171
5172 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5173 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5174 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5175 insn.
5176
5177 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5178 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5179 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5180 list of operands, such as this example:
5181
5182 @smallexample
5183 @group
5184 (define_expand "addsi3"
5185   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5186    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5187    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5188 @end group
5189 @group
5190   ""
5191   "
5192 @{
5193   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5194   DONE;
5195 @}")
5196 @end group
5197 @end smallexample
5198
5199 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5200
5201 @smallexample
5202 @group
5203 (define_expand "ashlsi3"
5204   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5205         (ashift:SI
5206 @end group
5207 @group
5208           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5209           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5210   ""
5211   "
5212 @end group
5213 @end smallexample
5214
5215 @smallexample
5216 @group
5217 @{
5218   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5219       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5220     FAIL;
5221 @}")
5222 @end group
5223 @end smallexample
5224
5225 @noindent
5226 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5227 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5228 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5229 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5230 library call).
5231
5232 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5233 patterns with names, then it would be possible to use a
5234 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5235 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5236
5237 @smallexample
5238 (define_expand "zero_extendhisi2"
5239   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5240         (const_int 0))
5241    (set (strict_low_part
5242           (subreg:HI
5243             (match_dup 0)
5244             0))
5245         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5246   ""
5247   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5248 @end smallexample
5249
5250 @noindent
5251 @findex make_safe_from
5252 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5253 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5254 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5255 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5256 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5257 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5258 by emitting another RTL insn.
5259
5260 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5261 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5262 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5263 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5264 on this machine.  So it must be copied into a register with
5265 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5266
5267 @smallexample
5268 (define_expand "zero_extendhisi2"
5269   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5270         (and:SI (subreg:SI
5271                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5272                   0)
5273                 (match_dup 2)))]
5274   ""
5275   "operands[2]
5276      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5277 @end smallexample
5278
5279 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5280 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5281 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5282 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5283 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5284 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5285 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5286 in the compiler.
5287
5288 @end ifset
5289 @ifset INTERNALS
5290 @node Insn Splitting
5291 @section Defining How to Split Instructions
5292 @cindex insn splitting
5293 @cindex instruction splitting
5294 @cindex splitting instructions
5295
5296 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5297 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5298 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5299 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5300 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5301 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5302 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5303 cannot be placed into a delay slot.
5304
5305 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5306 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5307 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5308 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5309 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5310 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5311 scheduling.
5312
5313 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5314 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5315 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5316 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5317 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5318 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5319 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5320 split the addition into two insns is machine-dependent.
5321
5322 @findex define_split
5323 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5324 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5325
5326 @smallexample
5327 (define_split
5328   [@var{insn-pattern}]
5329   "@var{condition}"
5330   [@var{new-insn-pattern-1}
5331    @var{new-insn-pattern-2}
5332    @dots{}]
5333   "@var{preparation-statements}")
5334 @end smallexample
5335
5336 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5337 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5338 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5339 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5340 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5341 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5342
5343 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5344 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5345 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5346 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5347 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5348 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5349 must not allocate any space in the stack frame.
5350
5351 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5352 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5353 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5354 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5355 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5356 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5357 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5358 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5359 of those definitions.
5360
5361 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5362 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5363 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5364
5365 @smallexample
5366 (define_split
5367   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5368         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5369   ""
5370   [(set (match_dup 0)
5371         (ashift:SI (match_dup 1)
5372                    (const_int 16)))
5373    (set (match_dup 0)
5374         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5375                      (const_int 16)))]
5376   "
5377 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5378 @end smallexample
5379
5380 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5381 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5382 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5383 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5384 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5385 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5386 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5387 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5388 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5389 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5390
5391 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5392 @file{rs6000.md}:
5393
5394 @smallexample
5395 (define_split
5396   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5397         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5398                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5399   ""
5400   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5401    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5402 "
5403 @{
5404   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5405   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5406
5407   if (low & 0x8000)
5408     high++, low |= 0xffff0000;
5409
5410   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5411   operands[4] = GEN_INT (low);
5412 @}")
5413 @end smallexample
5414
5415 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5416 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5417 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5418 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5419
5420 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5421 an equality comparison of a register and a large constant:
5422
5423 @smallexample
5424 (define_split
5425   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5426         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5427                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5428    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5429   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5430    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5431        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5432   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5433    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5434   "
5435 @{
5436   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5437      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5438      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5439
5440   int c = INTVAL (operands[2]);
5441   int sextc = (c << 16) >> 16;
5442   int xorv = c ^ sextc;
5443
5444   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5445   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5446 @}")
5447 @end smallexample
5448
5449 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5450 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5451 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5452 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5453 are not valid.
5454
5455 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5456 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5457 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5458 several restriction apply.
5459
5460 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5461 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5462 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5463 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5464 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5465 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5466 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5467 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5468 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5469 forward jumps to the newly created labels.
5470
5471 @findex define_insn_and_split
5472 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5473 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5474 this:
5475
5476 @smallexample
5477 (define_insn_and_split
5478   [@var{insn-pattern}]
5479   "@var{condition}"
5480   "@var{output-template}"
5481   "@var{split-condition}"
5482   [@var{new-insn-pattern-1}
5483    @var{new-insn-pattern-2}
5484    @dots{}]
5485   "@var{preparation-statements}"
5486   [@var{insn-attributes}])
5487
5488 @end smallexample
5489
5490 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5491 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5492 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5493 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5494 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5495 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5496 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5497 from i386.md:
5498
5499 @smallexample
5500 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5501   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5502      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5503    (clobber (reg:CC 17))]
5504   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5505   "#"
5506   "&& reload_completed"
5507   [(parallel [(set (match_dup 0)
5508                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5509               (clobber (reg:CC 17))])]
5510   ""
5511   [(set_attr "type" "alu1")])
5512
5513 @end smallexample
5514
5515 In this case, the actual split condition will be
5516 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5517
5518 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5519 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5520 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5521 having to ensure the two patterns' templates match.
5522
5523 @end ifset
5524 @ifset INTERNALS
5525 @node Including Patterns
5526 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5527 @cindex insn includes
5528
5529 @findex include
5530 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5531 look for patterns that are in files other than in the file
5532 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5533
5534 It looks like:
5535
5536 @smallexample
5537
5538 (include
5539   @var{pathname})
5540 @end smallexample
5541
5542 For example:
5543
5544 @smallexample
5545
5546 (include "filestuff")
5547
5548 @end smallexample
5549
5550 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5551 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5552 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5553
5554
5555 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5556 and placed into subdirectories.
5557
5558 By specifying:
5559
5560 @smallexample
5561
5562 (include "BOGUS/filestuff")
5563
5564 @end smallexample
5565
5566 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5567
5568 Specifying an absolute path for the include file such as;
5569 @smallexample
5570
5571 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5572
5573 @end smallexample
5574 is permitted but is not encouraged.
5575
5576 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5577 @cindex directory options .md
5578 @cindex options, directory search
5579 @cindex search options
5580
5581 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5582 For example:
5583
5584 @smallexample
5585
5586 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5587
5588 @end smallexample
5589
5590
5591 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5592 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5593 file, substituting your own version, since these directories are
5594 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5595 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5596 order; the standard default directory come after.
5597
5598
5599 @end ifset
5600 @ifset INTERNALS
5601 @node Peephole Definitions
5602 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5603 @cindex peephole optimizer definitions
5604 @cindex defining peephole optimizers
5605
5606 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5607 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5608
5609 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5610 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5611 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5612 though the second one does not appear to use a register computed in the
5613 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5614 opportunities.
5615
5616 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5617 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5618 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5619 is deprecated.
5620
5621 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5622 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5623 but before scheduling, which may result in much better code for
5624 targets that do scheduling.
5625
5626 @menu
5627 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5628 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5629 @end menu
5630
5631 @end ifset
5632 @ifset INTERNALS
5633 @node define_peephole
5634 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5635 @findex define_peephole
5636
5637 @need 1000
5638 A definition looks like this:
5639
5640 @smallexample
5641 (define_peephole
5642   [@var{insn-pattern-1}
5643    @var{insn-pattern-2}
5644    @dots{}]
5645   "@var{condition}"
5646   "@var{template}"
5647   "@var{optional-insn-attributes}")
5648 @end smallexample
5649
5650 @noindent
5651 The last string operand may be omitted if you are not using any
5652 machine-specific information in this machine description.  If present,
5653 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5654
5655 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5656 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5657 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5658 the next, and so on.
5659
5660 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5661 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5662 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5663 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5664 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5665 stages.
5666
5667 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5668 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5669 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5670 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5671 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5672 other.
5673
5674 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5675 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5676 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5677 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5678 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5679
5680 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5681 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5682 previously tested.
5683
5684 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5685 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5686 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5687 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5688 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5689 patterns.
5690
5691 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5692 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5693 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5694 the operands.
5695
5696 @findex prev_active_insn
5697 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5698 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5699 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5700 to refer to the last of the insns being matched; use
5701 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5702
5703 @findex dead_or_set_p
5704 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5705 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5706 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5707 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5708 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5709 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5710 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5711
5712 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
5713 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
5714 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
5715 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
5716 used in matching the original sequence of insns.
5717
5718 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
5719 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
5720 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
5721 as the insn pattern to control how the insn is output.
5722
5723 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
5724 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
5725
5726 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
5727
5728 @smallexample
5729 (define_peephole
5730   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
5731    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
5732         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
5733   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
5734 @{
5735   rtx xoperands[2];
5736   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
5737 #ifdef MOTOROLA
5738   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
5739   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
5740   return "fmove.d (sp)+,%0";
5741 #else
5742   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
5743   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
5744   return "fmoved sp@@+,%0";
5745 #endif
5746 @})
5747 @end smallexample
5748
5749 @need 1000
5750 The effect of this optimization is to change
5751
5752 @smallexample
5753 @group
5754 jbsr _foobar
5755 addql #4,sp
5756 movel d1,sp@@-
5757 movel d0,sp@@-
5758 fmoved sp@@+,fp0
5759 @end group
5760 @end smallexample
5761
5762 @noindent
5763 into
5764
5765 @smallexample
5766 @group
5767 jbsr _foobar
5768 movel d1,sp@@
5769 movel d0,sp@@-
5770 fmoved sp@@+,fp0
5771 @end group
5772 @end smallexample
5773
5774 @ignore
5775 @findex CC_REVERSED
5776 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5777 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5778 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5779 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5780 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5781 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5782 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5783 and in this C code check the condition code status flags and change the
5784 assembler code as appropriate.
5785 @end ignore
5786
5787 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5788 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5789 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5790 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5791 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5792 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5793 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5794 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5795 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5796
5797 @smallexample
5798 (define_insn "divmodsi4"
5799   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5800         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5801                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5802    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5803         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5804   "TARGET_68020"
5805   "divsl%.l %2,%3:%0")
5806 @end smallexample
5807
5808 @noindent
5809 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5810
5811 @smallexample
5812 (define_peephole
5813   [@dots{}
5814    (parallel
5815     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5816           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5817                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5818      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5819           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5820    @dots{}]
5821   @dots{})
5822 @end smallexample
5823
5824 @end ifset
5825 @ifset INTERNALS
5826 @node define_peephole2
5827 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5828 @findex define_peephole2
5829
5830 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5831 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5832 what additional scratch registers may be needed and what their
5833 lifetimes must be.
5834
5835 @smallexample
5836 (define_peephole2
5837   [@var{insn-pattern-1}
5838    @var{insn-pattern-2}
5839    @dots{}]
5840   "@var{condition}"
5841   [@var{new-insn-pattern-1}
5842    @var{new-insn-pattern-2}
5843    @dots{}]
5844   "@var{preparation-statements}")
5845 @end smallexample
5846
5847 The definition is almost identical to @code{define_split}
5848 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5849 single instruction, but a sequence of instructions.
5850
5851 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5852 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5853 will simply not match.
5854
5855 @findex match_scratch
5856 @findex match_dup
5857 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5858 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5859 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5860 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5861 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5862 at which the register must be available.
5863
5864 Here is an example from the IA-32 machine description:
5865
5866 @smallexample
5867 (define_peephole2
5868   [(match_scratch:SI 2 "r")
5869    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5870                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
5871                      [(match_dup 0)
5872                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
5873               (clobber (reg:CC 17))])]
5874   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
5875   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
5876    (parallel [(set (match_dup 0)
5877                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
5878               (clobber (reg:CC 17))])]
5879   "")
5880 @end smallexample
5881
5882 @noindent
5883 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
5884 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
5885 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
5886 to be live only at the point just before the arithmetic.
5887
5888 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
5889 so here's a silly made-up example:
5890
5891 @smallexample
5892 (define_peephole2
5893   [(match_scratch:SI 4 "r")
5894    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
5895    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
5896    (match_dup 4)
5897    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
5898   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
5899   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
5900    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
5901    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
5902    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
5903   "")
5904 @end smallexample
5905
5906 @noindent
5907 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
5908 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
5909 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
5910
5911 @end ifset
5912 @ifset INTERNALS
5913 @node Insn Attributes
5914 @section Instruction Attributes
5915 @cindex insn attributes
5916 @cindex instruction attributes
5917
5918 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
5919 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
5920 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
5921 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
5922 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
5923 to track the condition codes.
5924
5925 @menu
5926 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
5927 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
5928 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
5929 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
5930 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
5931 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
5932 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
5933 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5934 @end menu
5935
5936 @end ifset
5937 @ifset INTERNALS
5938 @node Defining Attributes
5939 @subsection Defining Attributes and their Values
5940 @cindex defining attributes and their values
5941 @cindex attributes, defining
5942
5943 @findex define_attr
5944 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
5945 by the target machine.  It looks like:
5946
5947 @smallexample
5948 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
5949 @end smallexample
5950
5951 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
5952
5953 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
5954 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
5955 indicate that the attribute takes numeric values.
5956
5957 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
5958 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
5959 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
5960 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
5961 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
5962
5963 @findex insn-attr.h
5964 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
5965 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
5966 specified for an attribute, the following are defined:
5967
5968 @itemize @bullet
5969 @item
5970 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
5971
5972 @item
5973 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
5974 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
5975 the attribute name and value are first converted to uppercase.
5976
5977 @item
5978 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
5979 returns the attribute value for that insn.
5980 @end itemize
5981
5982 For example, if the following is present in the @file{md} file:
5983
5984 @smallexample
5985 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
5986 @end smallexample
5987
5988 @noindent
5989 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
5990
5991 @smallexample
5992 #define HAVE_ATTR_type
5993 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
5994                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
5995 extern enum attr_type get_attr_type ();
5996 @end smallexample
5997
5998 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
5999 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6000 @code{int}.
6001
6002 @end ifset
6003 @ifset INTERNALS
6004 @node Expressions
6005 @subsection Attribute Expressions
6006 @cindex attribute expressions
6007
6008 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6009 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6010 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6011
6012 @table @code
6013 @cindex @code{const_int} and attributes
6014 @item (const_int @var{i})
6015 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6016 must be non-negative.
6017
6018 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6019 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6020 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6021 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6022 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6023
6024 @cindex @code{const_string} and attributes
6025 @item (const_string @var{value})
6026 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6027 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6028 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6029 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6030 of a @code{define_attr}.
6031
6032 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6033 must be a string containing a non-negative integer (normally
6034 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6035 contain one of the valid values for the attribute.
6036
6037 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6038 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6039 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6040 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6041 otherwise it is @var{false-value}.
6042
6043 @cindex @code{cond} and attributes
6044 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6045 The first operand of this expression is a vector containing an even
6046 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6047 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6048 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6049 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6050 expression is that of the @var{default} expression.
6051 @end table
6052
6053 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6054
6055 @table @code
6056 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6057 @item (const_int @var{i})
6058 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6059
6060 @cindex @code{not} and attributes
6061 @cindex @code{ior} and attributes
6062 @cindex @code{and} and attributes
6063 @item (not @var{test})
6064 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6065 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6066 These tests are true if the indicated logical function is true.
6067
6068 @cindex @code{match_operand} and attributes
6069 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6070 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6071 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6072 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6073 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6074 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6075 string).
6076
6077 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6078
6079 @cindex @code{le} and attributes
6080 @cindex @code{leu} and attributes
6081 @cindex @code{lt} and attributes
6082 @cindex @code{gt} and attributes
6083 @cindex @code{gtu} and attributes
6084 @cindex @code{ge} and attributes
6085 @cindex @code{geu} and attributes
6086 @cindex @code{ne} and attributes
6087 @cindex @code{eq} and attributes
6088 @cindex @code{plus} and attributes
6089 @cindex @code{minus} and attributes
6090 @cindex @code{mult} and attributes
6091 @cindex @code{div} and attributes
6092 @cindex @code{mod} and attributes
6093 @cindex @code{abs} and attributes
6094 @cindex @code{neg} and attributes
6095 @cindex @code{ashift} and attributes
6096 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6097 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6098 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6099 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6100 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6101 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6102 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6103 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6104 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6105 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6106 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6107 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6108 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6109 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6110 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6111 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6112 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6113
6114 @findex get_attr
6115 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6116 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6117 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6118 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6119 variable.
6120
6121 @findex eq_attr
6122 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6123 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6124
6125 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6126 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6127 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6128 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6129 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6130 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6131 @emph{not} in the specified list.
6132
6133 For example,
6134
6135 @smallexample
6136 (eq_attr "type" "load,store")
6137 @end smallexample
6138
6139 @noindent
6140 is equivalent to
6141
6142 @smallexample
6143 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6144 @end smallexample
6145
6146 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6147 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6148 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6149 example,
6150
6151 @smallexample
6152 (eq_attr "alternative" "2,3")
6153 @end smallexample
6154
6155 @noindent
6156 is equivalent to
6157
6158 @smallexample
6159 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6160      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6161 @end smallexample
6162
6163 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6164 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6165 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6166
6167 @findex attr_flag
6168 @item (attr_flag @var{name})
6169 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6170 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6171 scheduled.
6172
6173 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6174 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6175 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6176 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6177 if a conditional branch is expected to be taken.
6178
6179 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6180 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6181
6182 This example describes a conditional branch delay slot which
6183 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6184 for backward branches which are not taken (annul-false).
6185
6186 @smallexample
6187 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6188   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6189    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6190         (attr_flag "forward"))
6191    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6192         (attr_flag "backward"))])
6193 @end smallexample
6194
6195 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6196 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6197
6198 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6199 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6200 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6201 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6202
6203 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6204 meaning to other passes of the compiler.
6205
6206 @findex attr
6207 @item (attr @var{name})
6208 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6209 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6210 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6211 @end table
6212
6213 @end ifset
6214 @ifset INTERNALS
6215 @node Tagging Insns
6216 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6217 @cindex tagging insns
6218 @cindex assigning attribute values to insns
6219
6220 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6221 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6222 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6223 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6224 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6225 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6226 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6227 permits the specification of the values for only one or two attributes
6228 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6229 next section.
6230
6231 The optional last argument of @code{define_insn} and
6232 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6233 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6234 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6235 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6236 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6237 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6238
6239 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6240 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6241 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6242 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6243 each alternative.
6244
6245 @findex set_attr
6246 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6247 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6248 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6249 of attribute values, one for each alternative.
6250
6251 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6252 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6253
6254 @table @code
6255 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6256 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6257 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6258 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6259 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6260
6261 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6262 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6263 that alternative.
6264
6265 @findex set_attr_alternative
6266 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6267 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6268 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6269 tests on the @samp{alternative} attribute.
6270
6271 @findex attr
6272 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6273 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6274 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6275 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6276 @end table
6277
6278 The following shows three different ways of representing the same
6279 attribute value specification:
6280
6281 @smallexample
6282 (set_attr "type" "load,store,arith")
6283
6284 (set_attr_alternative "type"
6285                       [(const_string "load") (const_string "store")
6286                        (const_string "arith")])
6287
6288 (set (attr "type")
6289      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6290             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6291            (const_string "arith")))
6292 @end smallexample
6293
6294 @need 1000
6295 @findex define_asm_attributes
6296 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6297 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6298 statement.  It has the form:
6299
6300 @smallexample
6301 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6302 @end smallexample
6303
6304 @noindent
6305 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6306 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6307
6308 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6309 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6310
6311 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6312 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6313 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6314 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6315 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6316 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6317 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6318 of a single machine instruction.
6319
6320 @end ifset
6321 @ifset INTERNALS
6322 @node Attr Example
6323 @subsection Example of Attribute Specifications
6324 @cindex attribute specifications example
6325 @cindex attribute specifications
6326
6327 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6328 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6329 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6330 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6331 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6332
6333 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6334 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6335 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6336 operations, floating point operations, and branches.
6337
6338 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6339 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6340 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6341 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6342 changed if the item previously set into the condition code has been
6343 modified.
6344
6345 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6346
6347 @smallexample
6348 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6349
6350 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6351              (cond [(eq_attr "type" "load")
6352                         (const_string "change0")
6353                     (eq_attr "type" "store,branch")
6354                         (const_string "unchanged")
6355                     (eq_attr "type" "arith")
6356                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6357                                       (const_string "set")
6358                                       (const_string "clobber"))]
6359                    (const_string "clobber")))
6360
6361 (define_insn ""
6362   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6363         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6364   ""
6365   "@@
6366    move %0,%1
6367    load %0,%1
6368    store %0,%1"
6369   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6370 @end smallexample
6371
6372 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6373 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6374 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6375 full-word result.
6376
6377 @end ifset
6378 @ifset INTERNALS
6379 @node Insn Lengths
6380 @subsection Computing the Length of an Insn
6381 @cindex insn lengths, computing
6382 @cindex computing the length of an insn
6383
6384 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6385 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6386 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6387 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6388 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6389 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6390
6391 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6392 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6393
6394 @table @code
6395 @cindex @code{match_dup} and attributes
6396 @item (match_dup @var{n})
6397 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6398 must be a @code{label_ref}.
6399
6400 @cindex @code{pc} and attributes
6401 @item (pc)
6402 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6403 been more consistent with other usage to make this the address of the
6404 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6405 current insn is to be computed.
6406 @end table
6407
6408 @cindex @code{addr_vec}, length of
6409 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6410 For normal insns, the length will be determined by value of the
6411 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6412 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6413 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6414
6415 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6416
6417 The following macros can be used to refine the length computation:
6418
6419 @table @code
6420 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6421 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6422 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6423 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6424 that contains the initially computed length of the insn and should be
6425 updated with the correct length of the insn.
6426
6427 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6428 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6429 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6430 may be required.
6431 @end table
6432
6433 @findex get_attr_length
6434 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6435 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6436 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6437 example below illustrates.
6438
6439 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6440 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6441 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6442 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6443 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6444
6445 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6446 as follows:
6447
6448 @smallexample
6449 (define_insn "jump"
6450   [(set (pc)
6451         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6452   ""
6453 @{
6454    return (get_attr_length (insn) == 4
6455            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6456 @}
6457   [(set (attr "length")
6458         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6459                       (const_int 4)
6460                       (const_int 6)))])
6461 @end smallexample
6462
6463 @end ifset
6464 @ifset INTERNALS
6465 @node Constant Attributes
6466 @subsection Constant Attributes
6467 @cindex constant attributes
6468
6469 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6470 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6471 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6472 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6473
6474 @smallexample
6475 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6476  (const
6477   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6478          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6479         (const_string "m88000"))))
6480
6481 (define_attr "memory" "fast,slow"
6482  (const
6483   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6484                 (const_string "fast")
6485                 (const_string "slow"))))
6486 @end smallexample
6487
6488 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6489 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6490 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6491 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6492 forms involving insn attributes.
6493
6494 @end ifset
6495 @ifset INTERNALS
6496 @node Delay Slots
6497 @subsection Delay Slot Scheduling
6498 @cindex delay slots, defining
6499
6500 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6501 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6502 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6503 after the instruction are executed as if they were located before it.
6504 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6505 the following instruction before the branch or call is performed.
6506
6507 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6508 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6509 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6510 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6511 annul if the branch is false are supported.
6512
6513 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6514 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6515 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6516 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6517 instruction scheduling.
6518
6519 @findex define_delay
6520 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6521 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6522
6523 @smallexample
6524 (define_delay @var{test}
6525               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6526                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6527                @dots{}])
6528 @end smallexample
6529
6530 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6531 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6532 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6533 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6534 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6535 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6536 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6537 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6538 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6539
6540 For example, in the common case where branch and call insns require
6541 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6542 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6543
6544 @smallexample
6545 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6546               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6547 @end smallexample
6548
6549 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6550 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6551 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6552 expressions are both true.
6553
6554 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6555 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6556 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6557 branch is true, we might represent this as follows:
6558
6559 @smallexample
6560 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6561    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6562     (eq_attr "type" "!branch,call")
6563     (nil)])
6564
6565 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6566               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6567                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6568 @end smallexample
6569 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6570
6571 @end ifset
6572 @ifset INTERNALS
6573 @node Processor pipeline description
6574 @subsection Specifying processor pipeline description
6575 @cindex processor pipeline description
6576 @cindex processor functional units
6577 @cindex instruction latency time
6578 @cindex interlock delays
6579 @cindex data dependence delays
6580 @cindex reservation delays
6581 @cindex pipeline hazard recognizer
6582 @cindex automaton based pipeline description
6583 @cindex regular expressions
6584 @cindex deterministic finite state automaton
6585 @cindex automaton based scheduler
6586 @cindex RISC
6587 @cindex VLIW
6588
6589 To achieve better performance, most modern processors
6590 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6591 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6592 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6593 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6594 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6595 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6596 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6597 MIPS processors).
6598
6599 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6600 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6601 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6602 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6603 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6604 are not available but will be ready in given time after the
6605 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6606 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6607 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6608 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6609 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6610 means that two instructions under execution will be in need of shared
6611 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6612 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6613 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6614 processors.
6615
6616 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6617 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6618 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6619 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6620 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6621 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6622 @dfn{regular expressions}.
6623
6624 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6625 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6626 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6627 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6628 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6629 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6630 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6631 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6632 furthermore, its speed is not dependent on processor
6633 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6634   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6635   can split orthogonal parts of the machine description among several
6636   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6637   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6638
6639 @cindex automaton based pipeline description
6640 The rest of this section describes the directives that constitute
6641 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6642 these constructions within the machine description file is not
6643 important.
6644
6645 @findex define_automaton
6646 @cindex pipeline hazard recognizer
6647 The following optional construction describes names of automata
6648 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6649 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6650 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6651 units to the automata, the total size of the automata is usually
6652 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6653 construction, only one finite state automaton is generated.
6654
6655 @smallexample
6656 (define_automaton @var{automata-names})
6657 @end smallexample
6658
6659 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6660 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6661 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6662 @code{define_query_cpu_unit}.
6663
6664 @findex define_cpu_unit
6665 @cindex processor functional units
6666 Each processor functional unit used in the description of instruction
6667 reservations should be described by the following construction.
6668
6669 @smallexample
6670 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6671 @end smallexample
6672
6673 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6674 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6675 for other goals.
6676
6677 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6678 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6679 construction @code{define_automaton}.  You should give
6680 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6681
6682 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6683 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6684 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6685 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6686 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6687 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6688 description of the subsequent constructions.
6689
6690 @findex define_query_cpu_unit
6691 @cindex querying function unit reservations
6692 The following construction describes CPU functional units analogously
6693 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6694 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6695 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6696 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6697 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6698 @acronym{VLIW} insn templates).
6699
6700 @smallexample
6701 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6702 @end smallexample
6703
6704 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6705 separated by commas.
6706
6707 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6708 which the unit is bound.
6709
6710 @findex define_insn_reservation
6711 @cindex instruction latency time
6712 @cindex regular expressions
6713 @cindex data bypass
6714 The following construction is the major one to describe pipeline
6715 characteristics of an instruction.
6716
6717 @smallexample
6718 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
6719                          @var{condition} @var{regexp})
6720 @end smallexample
6721
6722 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
6723 instruction.  There is an important difference between the old
6724 description and the automaton based pipeline description.  The latency
6725 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
6726 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
6727 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
6728 zero and the cost of output dependencies is the difference between
6729 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
6730 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
6731 change the default costs for any description by using the target hook
6732 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
6733
6734 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
6735 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
6736 the automaton description file generated for debugging.  The internal
6737 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
6738 good practice to use insn classes described in the processor manual.
6739
6740 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
6741 construction.  You should remember that you will be in trouble if
6742 @var{condition} for two or more different
6743 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
6744 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
6745 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
6746 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
6747 the same value is quite difficult (especially if the conditions
6748 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
6749 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
6750 recognizer considerably.
6751
6752 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
6753 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
6754 expression according to the following syntax:
6755
6756 @smallexample
6757        regexp = regexp "," oneof
6758               | oneof
6759
6760        oneof = oneof "|" allof
6761              | allof
6762
6763        allof = allof "+" repeat
6764              | repeat
6765
6766        repeat = element "*" number
6767               | element
6768
6769        element = cpu_function_unit_name
6770                | reservation_name
6771                | result_name
6772                | "nothing"
6773                | "(" regexp ")"
6774 @end smallexample
6775
6776 @itemize @bullet
6777 @item
6778 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6779 the reservation.
6780
6781 @item
6782 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6783 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6784 regular expression @strong{or} etc.
6785
6786 @item
6787 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6788 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6789 second regular expression @strong{and} etc.
6790
6791 @item
6792 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6793 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6794 advancing (see @samp{,}).
6795
6796 @item
6797 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6798 functional unit.
6799
6800 @item
6801 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6802 @samp{define_reservation}.
6803
6804 @item
6805 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6806 @end itemize
6807
6808 @findex define_reservation
6809 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6810 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6811 the common part by the following construction
6812
6813 @smallexample
6814 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6815 @end smallexample
6816
6817 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6818 Functional unit names and reservation names are in the same name
6819 space.  So the reservation names should be different from the
6820 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6821
6822 @findex define_bypass
6823 @cindex instruction latency time
6824 @cindex data bypass
6825 The following construction is used to describe exceptions in the
6826 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6827
6828 @smallexample
6829 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6830                [@var{guard}])
6831 @end smallexample
6832
6833 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6834 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6835 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6836 the string are separated by commas.
6837
6838 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6839 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6840 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6841 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6842 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6843 of insn @samp{store} (not a stored value).
6844
6845 @findex exclusion_set
6846 @findex presence_set
6847 @findex final_presence_set
6848 @findex absence_set
6849 @findex final_absence_set
6850 @cindex VLIW
6851 @cindex RISC
6852 The following five constructions are usually used to describe
6853 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6854 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6855 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6856
6857 @smallexample
6858 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6859 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6860 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6861 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6862 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6863 @end smallexample
6864
6865 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
6866 separated by commas.
6867
6868 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
6869 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
6870 separated by white-spaces.
6871
6872 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
6873 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
6874 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
6875 example, the construction is useful for describing processors
6876 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
6877 functional unit which can execute simultaneously only single floating
6878 point insns or only double floating point insns.
6879
6880 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
6881 functional unit in the first string can not be reserved unless at
6882 least one of pattern of units whose names are in the second string is
6883 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
6884 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
6885 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
6886 construction
6887
6888 @smallexample
6889 (presence_set "slot1" "slot0")
6890 @end smallexample
6891
6892 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6893 reservation.  In this case we could write
6894
6895 @smallexample
6896 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
6897 @end smallexample
6898
6899 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
6900 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
6901 done.  When an instruction is issued in given automaton state
6902 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
6903 state is changed.  The first state is a source state, the second one
6904 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
6905 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
6906 done on the result reservation.  This construction is useful to
6907 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
6908 For example, if we use
6909
6910 @smallexample
6911 (presence_set "slot1" "slot0")
6912 @end smallexample
6913
6914 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
6915 @samp{slot0} which is absent in the source state).
6916
6917 @smallexample
6918 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
6919 @end smallexample
6920
6921 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
6922
6923 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
6924 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
6925 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
6926 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
6927 this one but it is symmetric).  For example, it is useful for
6928 description that @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after
6929 @samp{slot1} or @samp{slot2} reservation.  We could describe it by the
6930 following construction
6931
6932 @smallexample
6933 (absence_set "slot2" "slot0, slot1")
6934 @end smallexample
6935
6936 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
6937 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
6938 this case we could write
6939
6940 @smallexample
6941 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
6942 @end smallexample
6943
6944 All functional units mentioned in a set should belong to the same
6945 automaton.
6946
6947 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
6948 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
6949 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
6950
6951 @findex automata_option
6952 @cindex deterministic finite state automaton
6953 @cindex nondeterministic finite state automaton
6954 @cindex finite state automaton minimization
6955 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
6956 the following construction.
6957
6958 @smallexample
6959 (automata_option @var{options})
6960 @end smallexample
6961
6962 @var{options} is a string giving options which affect the generated
6963 code.  Currently there are the following options:
6964
6965 @itemize @bullet
6966 @item
6967 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
6968 only worth to do when we are debugging the description and need to
6969 look more accurately at reservations of states.
6970
6971 @item
6972 @dfn{time} means printing additional time statistics about
6973 generation of automata.
6974
6975 @item
6976 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
6977 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
6978 verification and debugging.
6979
6980 @item
6981 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
6982 non-critical errors.
6983
6984 @item
6985 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
6986 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
6987 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
6988 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
6989 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
6990 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
6991
6992 @item
6993 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
6994 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
6995 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
6996 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
6997 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
6998 huge automaton.
6999 @end itemize
7000
7001 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7002 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7003 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7004 the following functional units.
7005
7006 @smallexample
7007 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7008 (define_cpu_unit "port0, port1")
7009 @end smallexample
7010
7011 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7012 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7013 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7014 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7015 multiplication insns can be executed only in the second integer
7016 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7017 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7018 integer division insn can not be issued until the current division
7019 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7020 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7021 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7022 incurred.  To describe all of this we could specify
7023
7024 @smallexample
7025 (define_cpu_unit "div")
7026
7027 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7028                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7029
7030 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7031                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7032
7033 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7034                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7035
7036 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7037                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7038
7039 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7040 @end smallexample
7041
7042 To simplify the description we could describe the following reservation
7043
7044 @smallexample
7045 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7046 @end smallexample
7047
7048 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7049 construction
7050
7051 @smallexample
7052 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7053                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7054 @end smallexample
7055
7056
7057 @end ifset
7058 @ifset INTERNALS
7059 @node Conditional Execution
7060 @section Conditional Execution
7061 @cindex conditional execution
7062 @cindex predication
7063
7064 A number of architectures provide for some form of conditional
7065 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7066 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7067 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7068 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7069 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7070
7071 @findex define_cond_exec
7072 @smallexample
7073 (define_cond_exec
7074   [@var{predicate-pattern}]
7075   "@var{condition}"
7076   "@var{output-template}")
7077 @end smallexample
7078
7079 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7080 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7081 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7082 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7083 alternative.
7084
7085 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7086 pattern to match.
7087
7088 @findex current_insn_predicate
7089 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7090 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7091 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7092 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7093 In order to handle the general case, there is a global variable
7094 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7095 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7096
7097 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7098 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7099 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7100 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7101 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7102 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7103 alternative or anything else.
7104
7105 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7106 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7107 generated that matches a predicated version of the instruction.
7108 For example,
7109
7110 @smallexample
7111 (define_insn "addsi"
7112   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7113         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7114                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7115   "@var{test1}"
7116   "add %2,%1,%0")
7117
7118 (define_cond_exec
7119   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7120        (const_int 0))]
7121   "@var{test2}"
7122   "(%0)")
7123 @end smallexample
7124
7125 @noindent
7126 generates a new pattern
7127
7128 @smallexample
7129 (define_insn ""
7130   [(cond_exec
7131      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7132      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7133           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7134                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7135   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7136   "(%3) add %2,%1,%0")
7137 @end smallexample
7138
7139 @end ifset
7140 @ifset INTERNALS
7141 @node Constant Definitions
7142 @section Constant Definitions
7143 @cindex constant definitions
7144 @findex define_constants
7145
7146 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7147 can be a maintenance problem.
7148
7149 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7150 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7151 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7152 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7153 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7154 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7155 a different value.
7156
7157 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7158
7159 @smallexample
7160 (define_insn ""
7161   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7162      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7163            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7164       (use (reg:SI 179))
7165       (clobber (reg:SI 179))])]
7166   ""
7167   "loadm 0,0,%1,%2")
7168 @end smallexample
7169
7170 You could write:
7171
7172 @smallexample
7173 (define_constants [
7174     (R_BP 177)
7175     (R_FC 178)
7176     (R_CR 179)
7177     (R_Q  180)
7178 ])
7179
7180 (define_insn ""
7181   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7182      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7183            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7184       (use (reg:SI R_CR))
7185       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7186   ""
7187   "loadm 0,0,%1,%2")
7188 @end smallexample
7189
7190 The constants that are defined with a define_constant are also output
7191 in the insn-codes.h header file as #defines.
7192 @end ifset
7193 @ifset INTERNALS
7194 @node Macros
7195 @section Macros
7196 @cindex macros in @file{.md} files
7197
7198 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7199 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
7200 facilities to make this process easier.
7201
7202 @menu
7203 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
7204 * Code Macros::         Doing the same for codes.
7205 @end menu
7206
7207 @node Mode Macros
7208 @subsection Mode Macros
7209 @cindex mode macros in @file{.md} files
7210
7211 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7212 For example:
7213
7214 @itemize @bullet
7215 @item
7216 If a processor has hardware support for both single and double
7217 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7218 very similar to the @code{DFmode} ones.
7219
7220 @item
7221 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7222 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7223 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7224 @end itemize
7225
7226 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
7227 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7228 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7229 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7230
7231 @menu
7232 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
7233 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
7234 * Examples::             Examples
7235 @end menu
7236
7237 @node Defining Mode Macros
7238 @subsubsection Defining Mode Macros
7239 @findex define_mode_macro
7240
7241 The syntax for defining a mode macro is:
7242
7243 @smallexample
7244 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7245 @end smallexample
7246
7247 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7248 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7249 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7250 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7251 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7252 C condition will also require that @var{condi} be true.
7253
7254 For example:
7255
7256 @smallexample
7257 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7258 @end smallexample
7259
7260 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7261 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7262 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7263 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7264 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7265
7266 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7267 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7268 to @code{@var{mode}}.  For example:
7269
7270 @smallexample
7271 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7272 @end smallexample
7273
7274 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7275 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7276
7277 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7278 significant if two macros are used in a construct that requires
7279 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7280
7281 @node Substitutions
7282 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7283 @findex define_mode_attr
7284
7285 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7286 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7287 example:
7288
7289 @itemize @bullet
7290 @item
7291 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7292 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7293 appropriate mode name for @var{m}.
7294
7295 @item
7296 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7297 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7298
7299 @item
7300 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7301 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7302 mode for the other operand(s).
7303 @end itemize
7304
7305 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7306 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7307 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7308 upper case.  You can define other attributes using:
7309
7310 @smallexample
7311 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7312 @end smallexample
7313
7314 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7315 is the value associated with @var{modei}.
7316
7317 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7318 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7319 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7320 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7321 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7322 value.
7323
7324 For example, suppose an @file{.md} file has:
7325
7326 @smallexample
7327 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7328 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7329 @end smallexample
7330
7331 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7332 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7333 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7334 @code{"ld\t%0,%1"}.
7335
7336 Here is an example of using an attribute for a mode:
7337
7338 @smallexample
7339 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7340 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7341 (define_insn ...
7342   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7343 @end smallexample
7344
7345 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7346 substitution will be attempted for every macro expansion.
7347
7348 @node Examples
7349 @subsubsection Mode Macro Examples
7350
7351 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7352 modes and attributes (among others):
7353
7354 @smallexample
7355 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7356 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7357 @end smallexample
7358
7359 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7360 and @code{subdi3}:
7361
7362 @smallexample
7363 (define_insn "sub<mode>3"
7364   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7365         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7366                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7367   ""
7368   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7369   [(set_attr "type" "arith")
7370    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7371 @end smallexample
7372
7373 This is exactly equivalent to:
7374
7375 @smallexample
7376 (define_insn "subsi3"
7377   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7378         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7379                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7380   ""
7381   "subu\t%0,%1,%2"
7382   [(set_attr "type" "arith")
7383    (set_attr "mode" "SI")])
7384
7385 (define_insn "subdi3"
7386   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7387         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7388                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7389   ""
7390   "dsubu\t%0,%1,%2"
7391   [(set_attr "type" "arith")
7392    (set_attr "mode" "DI")])
7393 @end smallexample
7394
7395 @node Code Macros
7396 @subsection Code Macros
7397 @cindex code macros in @file{.md} files
7398 @findex define_code_macro
7399 @findex define_code_attr
7400
7401 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7402
7403 The construct:
7404
7405 @smallexample
7406 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7407 @end smallexample
7408
7409 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7410 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7411 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7412
7413 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7414 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7415 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7416 @xref{Defining Mode Macros}.
7417
7418 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7419 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7420 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7421 Other attributes are defined using:
7422
7423 @smallexample
7424 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7425 @end smallexample
7426
7427 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7428
7429 @smallexample
7430 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7431                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7432
7433 (define_expand "b<code>"
7434   [(set (pc)
7435         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7436                                    (const_int 0))
7437                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7438                       (pc)))]
7439   ""
7440 @{
7441   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7442   DONE;
7443 @})
7444 @end smallexample
7445
7446 This is equivalent to:
7447
7448 @smallexample
7449 (define_expand "bunordered"
7450   [(set (pc)
7451         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7452                                     (const_int 0))
7453                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7454                       (pc)))]
7455   ""
7456 @{
7457   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7458   DONE;
7459 @})
7460
7461 (define_expand "bordered"
7462   [(set (pc)
7463         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7464                                   (const_int 0))
7465                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7466                       (pc)))]
7467   ""
7468 @{
7469   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7470   DONE;
7471 @})
7472
7473 ...
7474 @end smallexample
7475
7476 @end ifset