OSDN Git Service

PR target/48220
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009, 2010
3 @c Free Software Foundation, Inc.
4 @c This is part of the GCC manual.
5 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
6
7 @ifset INTERNALS
8 @node Machine Desc
9 @chapter Machine Descriptions
10 @cindex machine descriptions
11
12 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
13 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
14
15 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
16 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
17 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
18 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
19 is inside a quoted string.
20
21 See the next chapter for information on the C header file.
22
23 @menu
24 * Overview::            How the machine description is used.
25 * Patterns::            How to write instruction patterns.
26 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
27 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
28 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
29                         from such an insn.
30 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
31                         the assembler code.
32 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
33                         for an insn.
34 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
35 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
36 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
37 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
38 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
39 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
40 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
41 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
42                         for a standard operation.
43 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
44 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
45 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
46 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
47 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
48                          predication.
49 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
50                         md file.
51 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
52 @end menu
53
54 @node Overview
55 @section Overview of How the Machine Description is Used
56
57 There are three main conversions that happen in the compiler:
58
59 @enumerate
60
61 @item
62 The front end reads the source code and builds a parse tree.
63
64 @item
65 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
66 instruction patterns.
67
68 @item
69 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
70 code.
71
72 @end enumerate
73
74 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
75 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
76 choose the pattern with the right name and apply the operands according
77 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
78 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
79 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
80 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
81 named pattern it needs, it will abort.
82
83 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
84 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
85 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
86 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
87 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
88 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
89 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
90 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
91
92 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
93 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
94 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
95 example.
96
97 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
98 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
99 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
100 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
101
102 @node Patterns
103 @section Everything about Instruction Patterns
104 @cindex patterns
105 @cindex instruction patterns
106
107 @findex define_insn
108 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
109 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
110 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
111 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
112
113 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
114
115 @enumerate
116 @item
117 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
118 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
119 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
120 the instruction patterns with those names, if the names are defined
121 in the machine description.
122
123 The absence of a name is indicated by writing an empty string
124 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
125 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
126 to be combined later on.
127
128 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
129 effect; they are equivalent to no name at all.
130
131 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
132 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
133 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
134 to having a nameless pattern for all other purposes.
135
136 @item
137 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
138 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
139 incomplete because it may contain @code{match_operand},
140 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
141 operands of the instruction.
142
143 If the vector has only one element, that element is the template for the
144 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
145 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
146 elements described.
147
148 @item
149 @cindex pattern conditions
150 @cindex conditions, in patterns
151 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
152 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
153
154 @cindex named patterns and conditions
155 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
156 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
157 flags.  The compiler needs to test these conditions during
158 initialization in order to learn exactly which named instructions are
159 available in a particular run.
160
161 @findex operands
162 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
163 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
164 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
165 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
166 can't be used to control register allocation, for example by excluding
167 certain hard registers or hard register combinations.
168
169 @item
170 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
171 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
172 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
173
174 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
175 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
176
177 @item
178 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
179 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
180 @end enumerate
181
182 @node Example
183 @section Example of @code{define_insn}
184 @cindex @code{define_insn} example
185
186 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
187
188 @smallexample
189 (define_insn "tstsi"
190   [(set (cc0)
191         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
192   ""
193   "*
194 @{
195   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
196     return \"tstl %0\";
197   return \"cmpl #0,%0\";
198 @}")
199 @end smallexample
200
201 @noindent
202 This can also be written using braced strings:
203
204 @smallexample
205 (define_insn "tstsi"
206   [(set (cc0)
207         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
208   ""
209 @{
210   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
211     return "tstl %0";
212   return "cmpl #0,%0";
213 @})
214 @end smallexample
215
216 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
217 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
218 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
219 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
220 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
221 can be constructed using this pattern.
222
223 The output control string is a piece of C code which chooses which
224 output template to return based on the kind of operand and the specific
225 type of CPU for which code is being generated.
226
227 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
228
229 @node RTL Template
230 @section RTL Template
231 @cindex RTL insn template
232 @cindex generating insns
233 @cindex insns, generating
234 @cindex recognizing insns
235 @cindex insns, recognizing
236
237 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
238 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
239 says how to construct an insn from specified operands.
240
241 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
242 template.  Matching involves determining the values that serve as the
243 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
244 controlled by special expression types that direct matching and
245 substitution of the operands.
246
247 @table @code
248 @findex match_operand
249 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
250 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
251 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
252 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
253 appears at this position in the insn will be taken as operand
254 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
255 pattern will not match at all.
256
257 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
258 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
259 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
260 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
261 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
262 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
263 other operand numbers.
264
265 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
266 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
267 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
268 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
269 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
270 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
271 returns zero, this instruction pattern fails to match.
272 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
273 done on the operand, so anything which occurs in this position is
274 valid.
275
276 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
277 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
278 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
279 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
280 @code{VOIDmode}.
281
282 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
283 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
284 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
285
286 People are often unclear on the difference between the constraint and the
287 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
288 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
289 controls various decisions in the case of an insn which does match.
290
291 @findex match_scratch
292 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
293 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
294 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
295 expression.
296
297 When matching patterns, this is equivalent to
298
299 @smallexample
300 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
301 @end smallexample
302
303 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
304 expression.
305
306 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
307 expressions whose operands are either a hard register or
308 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
309 necessary.  @xref{Side Effects}.
310
311 @findex match_dup
312 @item (match_dup @var{n})
313 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
314 It is used when the operand needs to appear more than once in the
315 insn.
316
317 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
318 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
319 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
320 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
321 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
322 identical-looking expression.
323
324 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
325 a particular register is being used for two operands (example:
326 @code{add} that adds one register to another; the second register is
327 both an input operand and the output operand).  Use a matching
328 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
329 operand is used in two places in the template, such as an instruction
330 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
331 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
332 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
333
334 @findex match_operator
335 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
336 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
337 code.
338
339 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
340 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
341 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
342
343 When matching an expression, it matches an expression if the function
344 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
345 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
346
347 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
348 follows, to match any expression whose operator is one of the
349 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
350
351 @smallexample
352 int
353 commutative_integer_operator (x, mode)
354      rtx x;
355      enum machine_mode mode;
356 @{
357   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
358   if (GET_MODE (x) != mode)
359     return 0;
360   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
361           || code == EQ || code == NE);
362 @}
363 @end smallexample
364
365 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
366 of a commutative operator applied to two general operands:
367
368 @smallexample
369 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
370   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
371    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
372 @end smallexample
373
374 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
375 because the expressions to be matched all contain two operands.
376
377 When this pattern does match, the two operands of the commutative
378 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
379 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
380 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
381 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
382
383 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
384 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
385 predicate function, and that function is solely responsible for
386 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
387
388 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
389 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
390 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
391 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
392 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
393 only its expression code matters.
394
395 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
396 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
397 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
398 register allocation because the register allocator often looks at
399 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
400
401 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
402 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
403 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
404 However, if parts of its @var{operands} are matched by
405 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
406 their own.
407
408 @findex match_op_dup
409 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
410 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
411 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
412 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
413 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
414 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
415 recognition template, and it matches only an identical-looking
416 expression.
417
418 @findex match_parallel
419 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
420 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
421 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
422 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
423
424 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
425 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
426 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
427 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
428 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
429 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
430 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
431 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
432 those listed in the @code{match_parallel}.
433
434 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
435 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
436 in a @code{parallel}.  For example,
437
438 @smallexample
439 (define_insn ""
440   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
441      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
442            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
443       (use (reg:SI 179))
444       (clobber (reg:SI 179))])]
445   ""
446   "loadm 0,0,%1,%2")
447 @end smallexample
448
449 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
450 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
451 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
452 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
453 registers and memory locations.
454
455 An insn that matches this pattern might look like:
456
457 @smallexample
458 (parallel
459  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
460   (use (reg:SI 179))
461   (clobber (reg:SI 179))
462   (set (reg:SI 21)
463        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
464                         (const_int 4))))
465   (set (reg:SI 22)
466        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
467                         (const_int 8))))])
468 @end smallexample
469
470 @findex match_par_dup
471 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
472 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
473 @code{match_operator}.
474
475 @end table
476
477 @node Output Template
478 @section Output Templates and Operand Substitution
479 @cindex output templates
480 @cindex operand substitution
481
482 @cindex @samp{%} in template
483 @cindex percent sign
484 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
485 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
486 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
487 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
488 identify places where different variants of the assembler require
489 different syntax.
490
491 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
492 operand @var{n} at that point in the string.
493
494 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
495 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
496 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
497 additional letters with nonstandard meanings.
498
499 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
500 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
501 operand.
502
503 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
504 the constant is negated before printing.
505
506 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
507 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
508 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
509 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
510 as if it were a memory reference.
511
512 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
513 instruction.
514
515 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
516 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
517 referred to more than once in a single template that generates multiple
518 assembler instructions.
519
520 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
521 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
522 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
523 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
524 which punctuation characters are valid with the
525 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
526
527 @cindex \
528 @cindex backslash
529 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
530 for the instructions, with @samp{\;} between them.
531
532 @cindex matching operands
533 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
534 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
535 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
536 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
537 operand.
538
539 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
540 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
541 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
542 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
543 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
544 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
545 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
546 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
547 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
548 it to do nothing.
549
550 @cindex @code{#} in template
551 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
552 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
553 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
554 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
555 multiple assembler instructions, and there is a matching @code{define_split}
556 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
557 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
558 instructions.
559
560 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
561 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
562 describe multiple variants of assembler language syntax.
563 @xref{Instruction Output}.
564
565 @node Output Statement
566 @section C Statements for Assembler Output
567 @cindex output statements
568 @cindex C statements for assembler output
569 @cindex generating assembler output
570
571 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
572 assembler code for all the cases that are recognized by a single
573 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
574 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
575 machine instructions.
576
577 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
578 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
579 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
580 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
581 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
582 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
583 might write this pattern:
584
585 @smallexample
586 (define_insn "addsi3"
587   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
588         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
589                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
590   ""
591   "@@
592    addr %2,%0
593    addm %2,%0")
594 @end smallexample
595
596 @cindex @code{*} in template
597 @cindex asterisk in template
598 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
599 output template but rather a piece of C program that should compute a
600 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
601 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
602 require doublequote characters to delimit them.  To include these
603 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
604
605 If the output control string is written as a brace block instead of a
606 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
607 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
608 doublequotes surrounding C string literals.
609
610 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
611 is @code{rtx []}.
612
613 It is very common to select different ways of generating assembler code
614 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
615 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
616 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
617 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
618 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
619 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
620 values of those bits.
621
622 @findex output_asm_insn
623 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
624 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
625 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
626 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
627 that you declare locally and initialize yourself.
628
629 @findex which_alternative
630 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
631 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
632 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
633 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
634 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
635 etc.).
636
637 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
638 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
639 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
640
641 @smallexample
642 (define_insn ""
643   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
644         (const_int 0))]
645   ""
646   @{
647   return (which_alternative == 0
648           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
649   @})
650 @end smallexample
651
652 The example above, where the assembler code to generate was
653 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
654 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
655
656 @smallexample
657 @group
658 (define_insn ""
659   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
660         (const_int 0))]
661   ""
662   "@@
663    clrreg %0
664    clrmem %0")
665 @end group
666 @end smallexample
667
668 @node Predicates
669 @section Predicates
670 @cindex predicates
671 @cindex operand predicates
672 @cindex operator predicates
673
674 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
675 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
676 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
677 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
678 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
679 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
680 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
681 that end in @samp{_operator}.
682
683 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
684 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
685 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
686 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
687 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
688 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
689 functions; this can be useful in output templates or other
690 machine-specific code.
691
692 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
693 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
694 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
695 better code if the predicates specify the requirements of the machine
696 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
697 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
698 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
699 in the extra condition.
700
701 @cindex predicates and machine modes
702 @cindex normal predicates
703 @cindex special predicates
704 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
705 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
706 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
707 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
708 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
709 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
710 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
711 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
712 constant will fit in the requested mode.
713
714 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
715 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
716 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
717 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
718 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
719 without specifying a mode.
720
721 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
722 are called @dfn{special}.  The generic predicates
723 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
724 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
725 diagnosis when special predicates are used.
726
727 @menu
728 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
729 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
730                                     functions.
731 @end menu
732
733 @node Machine-Independent Predicates
734 @subsection Machine-Independent Predicates
735 @cindex machine-independent predicates
736 @cindex generic predicates
737
738 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
739 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
740 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
741
742 @defun immediate_operand
743 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
744 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
745 must be constant.
746 @end defun
747
748 @defun const_int_operand
749 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
750 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
751 does not allow a symbol or label.
752 @end defun
753
754 @defun const_double_operand
755 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
756 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
757 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
758 constants.
759 @end defun
760
761 @noindent
762 The second category of predicates allow only some kind of machine
763 register.
764
765 @defun register_operand
766 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
767 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
768 instruction operands on a RISC machine.
769 @end defun
770
771 @defun pmode_register_operand
772 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
773 a limitation in the machine-description reader.
774
775 @smallexample
776 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
777 @end smallexample
778
779 @noindent
780 means exactly what
781
782 @smallexample
783 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
784 @end smallexample
785
786 @noindent
787 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
788 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
789 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
790 options.  @xref{Misc}.
791 @end defun
792
793 @defun scratch_operand
794 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
795 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
796 it should not be used directly.
797 @end defun
798
799 @noindent
800 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
801
802 @defun memory_operand
803 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
804 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
805 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
806 @end defun
807
808 @defun address_operand
809 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
810 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
811 @var{mode}, again determined by the weak form of
812 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
813 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
814 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
815 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
816 the mode @var{mode}.
817 @end defun
818
819 @defun indirect_operand
820 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
821 memory references with a @code{general_operand} as the address
822 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
823 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
824 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
825 different requirements for memory operands for different instructions,
826 it is better to define target-specific predicates which enforce the
827 hardware's requirements explicitly.
828 @end defun
829
830 @defun push_operand
831 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
832 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
833 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
834 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
835 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
836 @end defun
837
838 @defun pop_operand
839 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
840 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
841 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
842 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
843 @end defun
844
845 @noindent
846 The fourth category of predicates allow some combination of the above
847 operands.
848
849 @defun nonmemory_operand
850 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
851 @end defun
852
853 @defun nonimmediate_operand
854 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
855 @end defun
856
857 @defun general_operand
858 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
859 valid for @var{mode}.
860 @end defun
861
862 @noindent
863 Finally, there are two generic operator predicates.
864
865 @defun comparison_operator
866 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
867 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
868 expression code.
869 @end defun
870
871 @defun ordered_comparison_operator
872 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
873 comparison in @var{mode} and whose expression code is valid for integer
874 modes; that is, the expression code will be one of @code{eq}, @code{ne},
875 @code{lt}, @code{ltu}, @code{le}, @code{leu}, @code{gt}, @code{gtu},
876 @code{ge}, @code{geu}.
877 @end defun
878
879 @node Defining Predicates
880 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
881 @cindex defining predicates
882 @findex define_predicate
883 @findex define_special_predicate
884
885 Many machines have requirements for their operands that cannot be
886 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
887 additional predicates using @code{define_predicate} and
888 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
889 three operands:
890
891 @itemize @bullet
892 @item
893 The name of the predicate, as it will be referred to in
894 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
895
896 @item
897 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
898 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
899 the following RTL codes:
900
901 @table @code
902 @item MATCH_OPERAND
903 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
904 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
905 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
906 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
907 predicates and predicates that have already been defined.
908
909 @item MATCH_CODE
910 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
911 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
912
913 The first operand of this expression is a string constant containing a
914 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
915 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
916
917 The second operand is a string constant which indicates what
918 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
919 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
920 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
921 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
922 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
923 characters it is the result of the previous character.  A digit
924 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
925 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
926 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
927 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
928 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
929 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
930 object.
931
932 @item MATCH_TEST
933 This expression has one operand, a string constant containing a C
934 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
935 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
936 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
937 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
938
939 @item  AND
940 @itemx IOR
941 @itemx NOT
942 @itemx IF_THEN_ELSE
943 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
944 logical operators, which have the semantics of the C operators
945 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
946 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
947 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
948 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
949 @end table
950
951 @item
952 An optional block of C code, which should execute
953 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
954 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
955 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
956 available with those names.
957
958 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
959 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
960 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
961 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
962 code block that was checked in the RTL expression.
963 @end itemize
964
965 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
966 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
967 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
968 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
969 @code{MATCH_CODE}.
970
971 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
972 machine description:
973
974 @smallexample
975 @group
976 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
977 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
978   (and (match_code "symbol_ref")
979        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
980 @end group
981 @end smallexample
982
983 @noindent
984 And here is another, showing the use of the C block.
985
986 @smallexample
987 @group
988 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
989 (define_predicate "gr_register_operand"
990   (match_operand 0 "register_operand")
991 @{
992   unsigned int regno;
993   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
994     op = SUBREG_REG (op);
995
996   regno = REGNO (op);
997   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
998 @})
999 @end group
1000 @end smallexample
1001
1002 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
1003 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
1004 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
1005 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
1006 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
1007 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
1008 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1009 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1010 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1011 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1012 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1013 @code{immediate_operand}.
1014
1015 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1016 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1017 by @command{genrecog}.
1018
1019 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1020 test predicates.  It also writes a header file containing function
1021 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1022 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1023 @end ifset
1024
1025 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1026 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1027 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1028 @ifset INTERNALS
1029 @node Constraints
1030 @section Operand Constraints
1031 @cindex operand constraints
1032 @cindex constraints
1033
1034 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1035 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1036 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1037 predicate.
1038
1039 @end ifset
1040 @ifclear INTERNALS
1041 @node Constraints
1042 @section Constraints for @code{asm} Operands
1043 @cindex operand constraints, @code{asm}
1044 @cindex constraints, @code{asm}
1045 @cindex @code{asm} constraints
1046
1047 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1048 @code{asm} operands.
1049 @end ifclear
1050 Constraints can say whether
1051 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1052 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1053 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1054 have.  Constraints can also require two operands to match.
1055 Side-effects aren't allowed in operands of inline @code{asm}, unless
1056 @samp{<} or @samp{>} constraints are used, because there is no guarantee
1057 that the side-effects will happen exactly once in an instruction that can update
1058 the addressing register.
1059
1060 @ifset INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1065 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1066 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1067 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1068 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1069 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1070 @end menu
1071 @end ifset
1072
1073 @ifclear INTERNALS
1074 @menu
1075 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1076 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1077 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1078 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1079 @end menu
1080 @end ifclear
1081
1082 @node Simple Constraints
1083 @subsection Simple Constraints
1084 @cindex simple constraints
1085
1086 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1087 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1088 the letters that are allowed:
1089
1090 @table @asis
1091 @item whitespace
1092 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1093 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1094 be visually aligned in the machine description even if they have different
1095 number of constraints and modifiers.
1096
1097 @cindex @samp{m} in constraint
1098 @cindex memory references in constraints
1099 @item @samp{m}
1100 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1101 supports in general.
1102 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1103 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1104
1105 @cindex offsettable address
1106 @cindex @samp{o} in constraint
1107 @item @samp{o}
1108 A memory operand is allowed, but only if the address is
1109 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1110 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1111 may be added to the address and the result is also a valid memory
1112 address.
1113
1114 @cindex autoincrement/decrement addressing
1115 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1116 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1117 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1118 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1119 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1120 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1121 addressing modes that the machine supports.
1122
1123 Note that in an output operand which can be matched by another
1124 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1125 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1126 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1127
1128 @cindex @samp{V} in constraint
1129 @item @samp{V}
1130 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1131 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1132
1133 @cindex @samp{<} in constraint
1134 @item @samp{<}
1135 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1136 postdecrement) is allowed.  In inline @code{asm} this constraint is only
1137 allowed if the operand is used exactly once in an instruction that can
1138 handle the side-effects.  Not using an operand with @samp{<} in constraint
1139 string in the inline @code{asm} pattern at all or using it in multiple
1140 instructions isn't valid, because the side-effects wouldn't be performed
1141 or would be performed more than once.  Furthermore, on some targets
1142 the operand with @samp{<} in constraint string must be accompanied by
1143 special instruction suffixes like @code{%U0} instruction suffix on PowerPC
1144 or @code{%P0} on IA-64.
1145
1146 @cindex @samp{>} in constraint
1147 @item @samp{>}
1148 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1149 postincrement) is allowed.  In inline @code{asm} the same restrictions
1150 as for @samp{<} apply.
1151
1152 @cindex @samp{r} in constraint
1153 @cindex registers in constraints
1154 @item @samp{r}
1155 A register operand is allowed provided that it is in a general
1156 register.
1157
1158 @cindex constants in constraints
1159 @cindex @samp{i} in constraint
1160 @item @samp{i}
1161 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1162 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1163 assembly time or later.
1164
1165 @cindex @samp{n} in constraint
1166 @item @samp{n}
1167 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1168 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1169 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1170 rather than @samp{i}.
1171
1172 @cindex @samp{I} in constraint
1173 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1174 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1175 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1176 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1177 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1178 This is the range permitted as a shift count in the shift
1179 instructions.
1180
1181 @cindex @samp{E} in constraint
1182 @item @samp{E}
1183 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1184 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1185 that of the host machine (on which the compiler is running).
1186
1187 @cindex @samp{F} in constraint
1188 @item @samp{F}
1189 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1190 @code{const_vector}) is allowed.
1191
1192 @cindex @samp{G} in constraint
1193 @cindex @samp{H} in constraint
1194 @item @samp{G}, @samp{H}
1195 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1196 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1197
1198 @cindex @samp{s} in constraint
1199 @item @samp{s}
1200 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1201 allowed.
1202
1203 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1204 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1205 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1206 better code to be generated.
1207
1208 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1209 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1210 and 127, better code results from loading the value into a register and
1211 using the register.  This is because the load into the register can be
1212 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1213 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1214 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1215 constraints.
1216
1217 @cindex @samp{g} in constraint
1218 @item @samp{g}
1219 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1220 registers that are not general registers.
1221
1222 @cindex @samp{X} in constraint
1223 @item @samp{X}
1224 @ifset INTERNALS
1225 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1226 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1227 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1228 require a scratch register.
1229 @end ifset
1230 @ifclear INTERNALS
1231 Any operand whatsoever is allowed.
1232 @end ifclear
1233
1234 @cindex @samp{0} in constraint
1235 @cindex digits in constraint
1236 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1237 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1238 digit is used together with letters within the same alternative, the
1239 digit should come last.
1240
1241 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1242 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1243 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1244 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1245 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1246 can use multiple alternatives instead.
1247
1248 @cindex matching constraint
1249 @cindex constraint, matching
1250 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1251 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1252 @ifset INTERNALS
1253 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1254 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1255 @end ifset
1256 @ifclear INTERNALS
1257 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1258 two input operands and an output operand, but on most CISC
1259 @end ifclear
1260 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1261 input-output operand:
1262
1263 @smallexample
1264 addl #35,r12
1265 @end smallexample
1266
1267 Matching constraints are used in these circumstances.
1268 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1269 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1270 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1271 constraint.
1272
1273 @ifset INTERNALS
1274 For operands to match in a particular case usually means that they
1275 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1276 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1277 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1278 For proper results in such cases, the output template should always
1279 use the output-operand's number when printing the operand.
1280 @end ifset
1281
1282 @cindex load address instruction
1283 @cindex push address instruction
1284 @cindex address constraints
1285 @cindex @samp{p} in constraint
1286 @item @samp{p}
1287 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1288 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1289
1290 @findex address_operand
1291 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1292 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1293 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1294 reference for which the address would be valid.
1295
1296 @cindex other register constraints
1297 @cindex extensible constraints
1298 @item @var{other-letters}
1299 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1300 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1301 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1302 for data, address and floating point registers.
1303 @end table
1304
1305 @ifset INTERNALS
1306 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1307 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1308 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1309 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1310 done by copying an operand into a register.
1311
1312 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1313
1314 @smallexample
1315 (define_insn ""
1316   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1317         (plus:SI (match_dup 0)
1318                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1319   ""
1320   "@dots{}")
1321 @end smallexample
1322
1323 @noindent
1324 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1325
1326 @smallexample
1327 (define_insn ""
1328   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1329         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1330                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1331   ""
1332   "@dots{}")
1333 @end smallexample
1334
1335 @noindent
1336 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1337 identical.  If we are considering an insn of the form
1338
1339 @smallexample
1340 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1341   (set (reg:SI 3)
1342        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1343   @dots{})
1344 @end smallexample
1345
1346 @noindent
1347 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1348 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1349 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1350 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1351 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1352 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1353 results might look like this:
1354
1355 @smallexample
1356 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1357   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1358   @dots{})
1359
1360 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1361   (set (reg:SI 3)
1362        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1363   @dots{})
1364 @end smallexample
1365
1366 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1367 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1368 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1369 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1370 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1371 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1372 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1373 reloading any possible operand so that it will fit.
1374
1375 @itemize @bullet
1376 @item
1377 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1378 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1379
1380 For example, an operand whose constraints permit everything except
1381 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1382
1383 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1384 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1385 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1386 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1387 more selective.
1388
1389 @item
1390 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1391 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1392 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1393 compiler knows how to copy a register into another register of the
1394 proper class in order to make an instruction valid.
1395
1396 @cindex nonoffsettable memory reference
1397 @cindex memory reference, nonoffsettable
1398 @item
1399 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1400 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1401 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1402
1403 @item
1404 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1405 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1406 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1407 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1408
1409 @item
1410 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1411 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1412 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1413 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1414 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1415 objects allowed by the constraint.
1416 @end itemize
1417
1418 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1419 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1420 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1421 how to copy a register temporarily into memory.
1422
1423 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1424 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1425 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1426 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1427 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1428 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1429 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1430 @code{sign_extend}.
1431 @end ifset
1432
1433 @node Multi-Alternative
1434 @subsection Multiple Alternative Constraints
1435 @cindex multiple alternative constraints
1436
1437 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1438 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1439 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1440 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1441 another.
1442
1443 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1444 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1445 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1446 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1447 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1448 @ifset INTERNALS
1449 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1450
1451 @smallexample
1452 (define_insn "iorsi3"
1453   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1454         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1455                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1456   @dots{})
1457 @end smallexample
1458
1459 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1460 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1461 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1462 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1463 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1464 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1465 @end ifset
1466
1467 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1468 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1469 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1470 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1471 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1472 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1473 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1474
1475 @table @code
1476 @cindex @samp{?} in constraint
1477 @cindex question mark
1478 @item ?
1479 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1480 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1481 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1482 in it.
1483
1484 @cindex @samp{!} in constraint
1485 @cindex exclamation point
1486 @item !
1487 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1488 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1489 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1490 @end table
1491
1492 @ifset INTERNALS
1493 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1494 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1495 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1496 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1497 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1498 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1499 @end ifset
1500
1501 @ifset INTERNALS
1502 @node Class Preferences
1503 @subsection Register Class Preferences
1504 @cindex class preference constraints
1505 @cindex register class preference constraints
1506
1507 @cindex voting between constraint alternatives
1508 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1509 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1510 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1511 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1512 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1513 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1514 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1515 favor of a general register.  The machine description says which registers
1516 are considered general.
1517
1518 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1519 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1520 @end ifset
1521
1522 @node Modifiers
1523 @subsection Constraint Modifier Characters
1524 @cindex modifiers in constraints
1525 @cindex constraint modifier characters
1526
1527 @c prevent bad page break with this line
1528 Here are constraint modifier characters.
1529
1530 @table @samp
1531 @cindex @samp{=} in constraint
1532 @item =
1533 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1534 value is discarded and replaced by output data.
1535
1536 @cindex @samp{+} in constraint
1537 @item +
1538 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1539
1540 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1541 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1542 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1543 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1544 are assumed to be input only.
1545
1546 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1547 first character of the constraint string.
1548
1549 @cindex @samp{&} in constraint
1550 @cindex earlyclobber operand
1551 @item &
1552 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1553 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1554 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1555 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1556 address.
1557
1558 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1559 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1560 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1561 @samp{movdf} insn of the 68000.
1562
1563 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1564 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1565 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1566 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1567 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1568
1569 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1570
1571 @cindex @samp{%} in constraint
1572 @item %
1573 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1574 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1575 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1576 constraints.
1577 @ifset INTERNALS
1578 This is often used in patterns for addition instructions
1579 that really have only two operands: the result must go in one of the
1580 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1581 instruction is defined:
1582
1583 @smallexample
1584 (define_insn "addhi3"
1585   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1586      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1587               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1588   @dots{})
1589 @end smallexample
1590 @end ifset
1591 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1592 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1593 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1594 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1595 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1596 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1597 @samp{%} to make the intended insn match.
1598
1599 @cindex @samp{#} in constraint
1600 @item #
1601 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1602 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1603 register preferences.
1604
1605 @cindex @samp{*} in constraint
1606 @item *
1607 Says that the following character should be ignored when choosing
1608 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1609 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1610
1611 @ifset INTERNALS
1612 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1613 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1614 copying it into an address register.  While either kind of register is
1615 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1616 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1617 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1618 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1619 register preferences.
1620
1621 @smallexample
1622 (define_insn "extendhisi2"
1623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1624         (sign_extend:SI
1625          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1626   @dots{})
1627 @end smallexample
1628 @end ifset
1629 @end table
1630
1631 @node Machine Constraints
1632 @subsection Constraints for Particular Machines
1633 @cindex machine specific constraints
1634 @cindex constraints, machine specific
1635
1636 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1637 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1638 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1639 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1640 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1641 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1642 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1643 immediate-constant format.
1644
1645 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1646 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1647 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1648 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1649 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1650 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1651 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1652 table heading for each architecture is the definitive reference for
1653 the meanings of that architecture's constraints.
1654
1655 @table @emph
1656 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1657 @table @code
1658 @item f
1659 Floating-point register
1660
1661 @item w
1662 VFP floating-point register
1663
1664 @item F
1665 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1666 or 10.0
1667
1668 @item G
1669 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1670 were negated
1671
1672 @item I
1673 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1674 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1675 multiple of 2
1676
1677 @item J
1678 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1679
1680 @item K
1681 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1682
1683 @item L
1684 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1685
1686 @item M
1687 Integer in the range 0 to 32
1688
1689 @item Q
1690 A memory reference where the exact address is in a single register
1691 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1692
1693 @item R
1694 An item in the constant pool
1695
1696 @item S
1697 A symbol in the text segment of the current file
1698
1699 @item Uv
1700 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1701
1702 @item Uy
1703 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1704
1705 @item Uq
1706 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1707 @end table
1708
1709 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1710 @table @code
1711 @item l
1712 Registers from r0 to r15
1713
1714 @item a
1715 Registers from r16 to r23
1716
1717 @item d
1718 Registers from r16 to r31
1719
1720 @item w
1721 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1722
1723 @item e
1724 Pointer register (r26--r31)
1725
1726 @item b
1727 Base pointer register (r28--r31)
1728
1729 @item q
1730 Stack pointer register (SPH:SPL)
1731
1732 @item t
1733 Temporary register r0
1734
1735 @item x
1736 Register pair X (r27:r26)
1737
1738 @item y
1739 Register pair Y (r29:r28)
1740
1741 @item z
1742 Register pair Z (r31:r30)
1743
1744 @item I
1745 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1746
1747 @item J
1748 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1749
1750 @item K
1751 Constant integer 2
1752
1753 @item L
1754 Constant integer 0
1755
1756 @item M
1757 Constant that fits in 8 bits
1758
1759 @item N
1760 Constant integer @minus{}1
1761
1762 @item O
1763 Constant integer 8, 16, or 24
1764
1765 @item P
1766 Constant integer 1
1767
1768 @item G
1769 A floating point constant 0.0
1770
1771 @item R
1772 Integer constant in the range @minus{}6 @dots{} 5.
1773
1774 @item Q
1775 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1776
1777 @item C04
1778 Constant integer 4
1779 @end table
1780
1781 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1782 @table @code
1783 @item a
1784 General register 1
1785
1786 @item f
1787 Floating point register
1788
1789 @item q
1790 Shift amount register
1791
1792 @item x
1793 Floating point register (deprecated)
1794
1795 @item y
1796 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1797
1798 @item Z
1799 Any register
1800
1801 @item I
1802 Signed 11-bit integer constant
1803
1804 @item J
1805 Signed 14-bit integer constant
1806
1807 @item K
1808 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1809
1810 @item L
1811 Signed 5-bit integer constant
1812
1813 @item M
1814 Integer constant 0
1815
1816 @item N
1817 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1818
1819 @item O
1820 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1821
1822 @item P
1823 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1824 and @code{extru} instructions
1825
1826 @item S
1827 Integer constant 31
1828
1829 @item U
1830 Integer constant 63
1831
1832 @item G
1833 Floating-point constant 0.0
1834
1835 @item A
1836 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1837
1838 @item Q
1839 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1840 integer store instruction
1841
1842 @item R
1843 A scaled or unscaled indexed memory operand
1844
1845 @item T
1846 A memory operand for floating-point loads and stores
1847
1848 @item W
1849 A register indirect memory operand
1850 @end table
1851
1852 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1853 @table @code
1854 @item k
1855 Stack register.
1856
1857 @item f
1858 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1859 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1860 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1861 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1862 size.
1863
1864 @item t
1865 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1866 register to create a 32-bit register.
1867
1868 @item a
1869 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1870 constant + offset).
1871
1872 @item I
1873 4-bit signed integer.
1874
1875 @item J
1876 4-bit unsigned integer.
1877
1878 @item K
1879 8-bit signed integer.
1880
1881 @item M
1882 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1883
1884 @item N
1885 10-bit signed integer
1886
1887 @item O
1888 16-bit signed integer.
1889
1890 @end table
1891
1892 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1893 @table @code
1894 @item b
1895 Address base register
1896
1897 @item d
1898 Floating point register (containing 64-bit value)
1899
1900 @item f
1901 Floating point register (containing 32-bit value)
1902
1903 @item v
1904 Altivec vector register
1905
1906 @item wd
1907 VSX vector register to hold vector double data
1908
1909 @item wf
1910 VSX vector register to hold vector float data
1911
1912 @item ws
1913 VSX vector register to hold scalar float data
1914
1915 @item wa
1916 Any VSX register
1917
1918 @item h
1919 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1920
1921 @item q
1922 @samp{MQ} register
1923
1924 @item c
1925 @samp{CTR} register
1926
1927 @item l
1928 @samp{LINK} register
1929
1930 @item x
1931 @samp{CR} register (condition register) number 0
1932
1933 @item y
1934 @samp{CR} register (condition register)
1935
1936 @item z
1937 @samp{XER[CA]} carry bit (part of the XER register)
1938
1939 @item I
1940 Signed 16-bit constant
1941
1942 @item J
1943 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1944 @code{SImode} constants)
1945
1946 @item K
1947 Unsigned 16-bit constant
1948
1949 @item L
1950 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1951
1952 @item M
1953 Constant larger than 31
1954
1955 @item N
1956 Exact power of 2
1957
1958 @item O
1959 Zero
1960
1961 @item P
1962 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1963
1964 @item G
1965 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1966 instruction per word
1967
1968 @item H
1969 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1970 three instructions
1971
1972 @item m
1973 Memory operand.
1974 Normally, @code{m} does not allow addresses that update the base register.
1975 If @samp{<} or @samp{>} constraint is also used, they are allowed and
1976 therefore on PowerPC targets in that case it is only safe
1977 to use @samp{m<>} in an @code{asm} statement if that @code{asm} statement
1978 accesses the operand exactly once.  The @code{asm} statement must also
1979 use @samp{%U@var{<opno>}} as a placeholder for the ``update'' flag in the
1980 corresponding load or store instruction.  For example:
1981
1982 @smallexample
1983 asm ("st%U0 %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
1984 @end smallexample
1985
1986 is correct but:
1987
1988 @smallexample
1989 asm ("st %1,%0" : "=m<>" (mem) : "r" (val));
1990 @end smallexample
1991
1992 is not.
1993
1994 @item es
1995 A ``stable'' memory operand; that is, one which does not include any
1996 automodification of the base register.  This used to be useful when
1997 @samp{m} allowed automodification of the base register, but as those are now only
1998 allowed when @samp{<} or @samp{>} is used, @samp{es} is basically the same
1999 as @samp{m} without @samp{<} and @samp{>}.
2000
2001 @item Q
2002 Memory operand that is an offset from a register (it is usually better
2003 to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2004
2005 @item Z
2006 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (it is
2007 usually better to use @samp{m} or @samp{es} in @code{asm} statements)
2008
2009 @item R
2010 AIX TOC entry
2011
2012 @item a
2013 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
2014 preferable for @code{asm} statements)
2015
2016 @item S
2017 Constant suitable as a 64-bit mask operand
2018
2019 @item T
2020 Constant suitable as a 32-bit mask operand
2021
2022 @item U
2023 System V Release 4 small data area reference
2024
2025 @item t
2026 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
2027
2028 @item W
2029 Vector constant that does not require memory
2030
2031 @item j
2032 Vector constant that is all zeros.
2033
2034 @end table
2035
2036 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
2037 @table @code
2038 @item R
2039 Legacy register---the eight integer registers available on all
2040 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2041 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2042
2043 @item q
2044 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2045 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2046
2047 @item Q
2048 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2049 @code{c}, and @code{d}.
2050
2051 @ifset INTERNALS
2052 @item l
2053 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2054 access: that is, any general register except the stack pointer.
2055 @end ifset
2056
2057 @item a
2058 The @code{a} register.
2059
2060 @item b
2061 The @code{b} register.
2062
2063 @item c
2064 The @code{c} register.
2065
2066 @item d
2067 The @code{d} register.
2068
2069 @item S
2070 The @code{si} register.
2071
2072 @item D
2073 The @code{di} register.
2074
2075 @item A
2076 The @code{a} and @code{d} registers.  This class is used for instructions
2077 that return double word results in the @code{ax:dx} register pair.  Single
2078 word values will be allocated either in @code{ax} or @code{dx}.
2079 For example on i386 the following implements @code{rdtsc}:
2080
2081 @smallexample
2082 unsigned long long rdtsc (void)
2083 @{
2084   unsigned long long tick;
2085   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=A"(tick));
2086   return tick;
2087 @}
2088 @end smallexample
2089
2090 This is not correct on x86_64 as it would allocate tick in either @code{ax}
2091 or @code{dx}.  You have to use the following variant instead:
2092
2093 @smallexample
2094 unsigned long long rdtsc (void)
2095 @{
2096   unsigned int tickl, tickh;
2097   __asm__ __volatile__("rdtsc":"=a"(tickl),"=d"(tickh));
2098   return ((unsigned long long)tickh << 32)|tickl;
2099 @}
2100 @end smallexample
2101
2102
2103 @item f
2104 Any 80387 floating-point (stack) register.
2105
2106 @item t
2107 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2108
2109 @item u
2110 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2111
2112 @item y
2113 Any MMX register.
2114
2115 @item x
2116 Any SSE register.
2117
2118 @item Yz
2119 First SSE register (@code{%xmm0}).
2120
2121 @ifset INTERNALS
2122 @item Y2
2123 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2124
2125 @item Yi
2126 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2127
2128 @item Ym
2129 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2130 @end ifset
2131
2132 @item I
2133 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2134
2135 @item J
2136 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2137
2138 @item K
2139 Signed 8-bit integer constant.
2140
2141 @item L
2142 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2143
2144 @item M
2145 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2146
2147 @item N
2148 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out}
2149 instructions).
2150
2151 @ifset INTERNALS
2152 @item O
2153 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2154 @end ifset
2155
2156 @item G
2157 Standard 80387 floating point constant.
2158
2159 @item C
2160 Standard SSE floating point constant.
2161
2162 @item e
2163 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2164 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2165 instructions).
2166
2167 @item Z
2168 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2169 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2170 instructions).
2171
2172 @end table
2173
2174 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2175 @table @code
2176 @item a
2177 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2178
2179 @item b
2180 Branch register
2181
2182 @item c
2183 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2184
2185 @item d
2186 Application register residing in M-unit
2187
2188 @item e
2189 Application register residing in I-unit
2190
2191 @item f
2192 Floating-point register
2193
2194 @item m
2195 Memory operand.  If used together with @samp{<} or @samp{>},
2196 the operand can have postincrement and postdecrement which
2197 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2198
2199 @item G
2200 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2201
2202 @item I
2203 14-bit signed integer constant
2204
2205 @item J
2206 22-bit signed integer constant
2207
2208 @item K
2209 8-bit signed integer constant for logical instructions
2210
2211 @item L
2212 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2213
2214 @item M
2215 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2216
2217 @item N
2218 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2219
2220 @item O
2221 The constant zero
2222
2223 @item P
2224 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2225
2226 @item Q
2227 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2228
2229 @item R
2230 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2231
2232 @item S
2233 Memory operand except postincrement and postdecrement.  This is
2234 now roughly the same as @samp{m} when not used together with @samp{<}
2235 or @samp{>}.
2236 @end table
2237
2238 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2239 @table @code
2240 @item a
2241 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2242
2243 @item b
2244 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2245
2246 @item c
2247 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2248 @code{icc0} to @code{icc3}).
2249
2250 @item d
2251 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2252
2253 @item e
2254 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2255 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2256 mode larger than 4 bytes.
2257
2258 @item f
2259 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2260
2261 @item h
2262 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2263 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2264 mode larger than 4 bytes.
2265
2266 @item l
2267 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2268
2269 @item q
2270 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2271 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2272 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2273
2274 @item t
2275 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2276
2277 @item u
2278 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2279
2280 @item v
2281 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2282
2283 @item w
2284 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2285
2286 @item x
2287 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2288 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2289 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2290
2291 @item z
2292 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2293
2294 @item A
2295 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2296
2297 @item B
2298 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2299
2300 @item C
2301 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2302
2303 @item G
2304 Floating point constant zero
2305
2306 @item I
2307 6-bit signed integer constant
2308
2309 @item J
2310 10-bit signed integer constant
2311
2312 @item L
2313 16-bit signed integer constant
2314
2315 @item M
2316 16-bit unsigned integer constant
2317
2318 @item N
2319 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2320 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2321
2322 @item O
2323 Constant zero
2324
2325 @item P
2326 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2327 range of 1 to 2047.
2328
2329 @end table
2330
2331 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2332 @table @code
2333 @item a
2334 P register
2335
2336 @item d
2337 D register
2338
2339 @item z
2340 A call clobbered P register.
2341
2342 @item q@var{n}
2343 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2344 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2345
2346 @item D
2347 Even-numbered D register
2348
2349 @item W
2350 Odd-numbered D register
2351
2352 @item e
2353 Accumulator register.
2354
2355 @item A
2356 Even-numbered accumulator register.
2357
2358 @item B
2359 Odd-numbered accumulator register.
2360
2361 @item b
2362 I register
2363
2364 @item v
2365 B register
2366
2367 @item f
2368 M register
2369
2370 @item c
2371 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2372
2373 @item C
2374 The CC register.
2375
2376 @item t
2377 LT0 or LT1.
2378
2379 @item k
2380 LC0 or LC1.
2381
2382 @item u
2383 LB0 or LB1.
2384
2385 @item x
2386 Any D, P, B, M, I or L register.
2387
2388 @item y
2389 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2390 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2391
2392 @item w
2393 Any register except accumulators or CC.
2394
2395 @item Ksh
2396 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767)
2397
2398 @item Kuh
2399 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2400
2401 @item Ks7
2402 Signed 7 bit integer (in the range @minus{}64 to 63)
2403
2404 @item Ku7
2405 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2406
2407 @item Ku5
2408 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2409
2410 @item Ks4
2411 Signed 4 bit integer (in the range @minus{}8 to 7)
2412
2413 @item Ks3
2414 Signed 3 bit integer (in the range @minus{}3 to 4)
2415
2416 @item Ku3
2417 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2418
2419 @item P@var{n}
2420 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2421
2422 @item PA
2423 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2424 use with either accumulator.
2425
2426 @item PB
2427 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2428 use only with accumulator A1.
2429
2430 @item M1
2431 Constant 255.
2432
2433 @item M2
2434 Constant 65535.
2435
2436 @item J
2437 An integer constant with exactly a single bit set.
2438
2439 @item L
2440 An integer constant with all bits set except exactly one.
2441
2442 @item H
2443
2444 @item Q
2445 Any SYMBOL_REF.
2446 @end table
2447
2448 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2449 @table @code
2450 @item Rsp
2451 @itemx Rfb
2452 @itemx Rsb
2453 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2454
2455 @item Rcr
2456 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2457 registers are 24 bits wide)
2458
2459 @item Rcl
2460 Any control register, when they're 24 bits wide.
2461
2462 @item R0w
2463 @itemx R1w
2464 @itemx R2w
2465 @itemx R3w
2466 $r0, $r1, $r2, $r3.
2467
2468 @item R02
2469 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2470
2471 @item R13
2472 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2473
2474 @item Rdi
2475 A register that can hold a 64 bit value.
2476
2477 @item Rhl
2478 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2479
2480 @item R23
2481 $r2 or $r3
2482
2483 @item Raa
2484 Address registers
2485
2486 @item Raw
2487 Address registers when they're 16 bits wide.
2488
2489 @item Ral
2490 Address registers when they're 24 bits wide.
2491
2492 @item Rqi
2493 Registers that can hold QI values.
2494
2495 @item Rad
2496 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2497
2498 @item Rsi
2499 Registers that can hold 32 bit values.
2500
2501 @item Rhi
2502 Registers that can hold 16 bit values.
2503
2504 @item Rhc
2505 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2506 registers.
2507
2508 @item Rra
2509 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2510
2511 @item Rfl
2512 The flags register.
2513
2514 @item Rmm
2515 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2516
2517 @item Rpi
2518 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2519 bit registers for m32cm, m32c).
2520
2521 @item Rpa
2522 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2523 Used to match function return values.
2524
2525 @item Is3
2526 @minus{}8 @dots{} 7
2527
2528 @item IS1
2529 @minus{}128 @dots{} 127
2530
2531 @item IS2
2532 @minus{}32768 @dots{} 32767
2533
2534 @item IU2
2535 0 @dots{} 65535
2536
2537 @item In4
2538 @minus{}8 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 8
2539
2540 @item In5
2541 @minus{}16 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 16
2542
2543 @item In6
2544 @minus{}32 @dots{} @minus{}1 or 1 @dots{} 32
2545
2546 @item IM2
2547 @minus{}65536 @dots{} @minus{}1
2548
2549 @item Ilb
2550 An 8 bit value with exactly one bit set.
2551
2552 @item Ilw
2553 A 16 bit value with exactly one bit set.
2554
2555 @item Sd
2556 The common src/dest memory addressing modes.
2557
2558 @item Sa
2559 Memory addressed using $a0 or $a1.
2560
2561 @item Si
2562 Memory addressed with immediate addresses.
2563
2564 @item Ss
2565 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2566
2567 @item Sf
2568 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2569
2570 @item Ss
2571 Memory addressed using the small base register ($sb).
2572
2573 @item S1
2574 $r1h
2575 @end table
2576
2577 @item MeP---@file{config/mep/constraints.md}
2578 @table @code
2579
2580 @item a
2581 The $sp register.
2582
2583 @item b
2584 The $tp register.
2585
2586 @item c
2587 Any control register.
2588
2589 @item d
2590 Either the $hi or the $lo register.
2591
2592 @item em
2593 Coprocessor registers that can be directly loaded ($c0-$c15).
2594
2595 @item ex
2596 Coprocessor registers that can be moved to each other.
2597
2598 @item er
2599 Coprocessor registers that can be moved to core registers.
2600
2601 @item h
2602 The $hi register.
2603
2604 @item j
2605 The $rpc register.
2606
2607 @item l
2608 The $lo register.
2609
2610 @item t
2611 Registers which can be used in $tp-relative addressing.
2612
2613 @item v
2614 The $gp register.
2615
2616 @item x
2617 The coprocessor registers.
2618
2619 @item y
2620 The coprocessor control registers.
2621
2622 @item z
2623 The $0 register.
2624
2625 @item A
2626 User-defined register set A.
2627
2628 @item B
2629 User-defined register set B.
2630
2631 @item C
2632 User-defined register set C.
2633
2634 @item D
2635 User-defined register set D.
2636
2637 @item I
2638 Offsets for $gp-rel addressing.
2639
2640 @item J
2641 Constants that can be used directly with boolean insns.
2642
2643 @item K
2644 Constants that can be moved directly to registers.
2645
2646 @item L
2647 Small constants that can be added to registers.
2648
2649 @item M
2650 Long shift counts.
2651
2652 @item N
2653 Small constants that can be compared to registers.
2654
2655 @item O
2656 Constants that can be loaded into the top half of registers.
2657
2658 @item S
2659 Signed 8-bit immediates.
2660
2661 @item T
2662 Symbols encoded for $tp-rel or $gp-rel addressing.
2663
2664 @item U
2665 Non-constant addresses for loading/saving coprocessor registers.
2666
2667 @item W
2668 The top half of a symbol's value.
2669
2670 @item Y
2671 A register indirect address without offset.
2672
2673 @item Z
2674 Symbolic references to the control bus.
2675
2676 @end table
2677
2678 @item MicroBlaze---@file{config/microblaze/constraints.md}
2679 @table @code
2680 @item d
2681 A general register (@code{r0} to @code{r31}).
2682
2683 @item z
2684 A status register (@code{rmsr}, @code{$fcc1} to @code{$fcc7}).
2685
2686 @end table
2687
2688 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2689 @table @code
2690 @item d
2691 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2692 generating MIPS16 code.
2693
2694 @item f
2695 A floating-point register (if available).
2696
2697 @item h
2698 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2699
2700 @item l
2701 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2702 no bigger than a word.
2703
2704 @item x
2705 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2706 to store doubleword values.
2707
2708 @item c
2709 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2710 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2711
2712 @item v
2713 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2714 it is retained only for compatibility with glibc.
2715
2716 @item y
2717 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2718
2719 @item z
2720 A floating-point condition code register.
2721
2722 @item I
2723 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2724
2725 @item J
2726 Integer zero.
2727
2728 @item K
2729 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2730
2731 @item L
2732 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2733 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2734
2735 @item M
2736 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2737 or @code{ori}.
2738
2739 @item N
2740 A constant in the range @minus{}65535 to @minus{}1 (inclusive).
2741
2742 @item O
2743 A signed 15-bit constant.
2744
2745 @item P
2746 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2747
2748 @item G
2749 Floating-point zero.
2750
2751 @item R
2752 An address that can be used in a non-macro load or store.
2753 @end table
2754
2755 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2756 @table @code
2757 @item a
2758 Address register
2759
2760 @item d
2761 Data register
2762
2763 @item f
2764 68881 floating-point register, if available
2765
2766 @item I
2767 Integer in the range 1 to 8
2768
2769 @item J
2770 16-bit signed number
2771
2772 @item K
2773 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2774
2775 @item L
2776 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2777
2778 @item M
2779 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2780
2781 @item N
2782 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2783
2784 @item O
2785 16 (for rotate using swap)
2786
2787 @item P
2788 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2789
2790 @item R
2791 Numbers that mov3q can handle
2792
2793 @item G
2794 Floating point constant that is not a 68881 constant
2795
2796 @item S
2797 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2798
2799 @item T
2800 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2801
2802 @item Q
2803 Address register indirect addressing mode
2804
2805 @item U
2806 Register offset addressing
2807
2808 @item W
2809 const_call_operand
2810
2811 @item Cs
2812 symbol_ref or const
2813
2814 @item Ci
2815 const_int
2816
2817 @item C0
2818 const_int 0
2819
2820 @item Cj
2821 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2822
2823 @item Cmvq
2824 Integers valid for mvq
2825
2826 @item Capsw
2827 Integers valid for a moveq followed by a swap
2828
2829 @item Cmvz
2830 Integers valid for mvz
2831
2832 @item Cmvs
2833 Integers valid for mvs
2834
2835 @item Ap
2836 push_operand
2837
2838 @item Ac
2839 Non-register operands allowed in clr
2840
2841 @end table
2842
2843 @item Moxie---@file{config/moxie/constraints.md}
2844 @table @code
2845 @item A
2846 An absolute address
2847
2848 @item B
2849 An offset address
2850
2851 @item W
2852 A register indirect memory operand
2853
2854 @item I
2855 A constant in the range of 0 to 255.
2856
2857 @item N
2858 A constant in the range of 0 to @minus{}255.
2859
2860 @end table
2861
2862 @item PDP-11---@file{config/pdp11/constraints.md}
2863 @table @code
2864 @item a
2865 Floating point registers AC0 through AC3.  These can be loaded from/to
2866 memory with a single instruction.
2867
2868 @item d
2869 Odd numbered general registers (R1, R3, R5).  These are used for
2870 16-bit multiply operations.
2871
2872 @item f
2873 Any of the floating point registers (AC0 through AC5).
2874
2875 @item G
2876 Floating point constant 0.
2877
2878 @item I
2879 An integer constant that fits in 16 bits.
2880
2881 @item J
2882 An integer constant whose low order 16 bits are zero.
2883
2884 @item K
2885 An integer constant that does not meet the constraints for codes
2886 @samp{I} or @samp{J}.
2887
2888 @item L
2889 The integer constant 1.
2890
2891 @item M
2892 The integer constant @minus{}1.
2893
2894 @item N
2895 The integer constant 0.
2896
2897 @item O
2898 Integer constants @minus{}4 through @minus{}1 and 1 through 4; shifts by these
2899 amounts are handled as multiple single-bit shifts rather than a single
2900 variable-length shift.
2901
2902 @item Q
2903 A memory reference which requires an additional word (address or
2904 offset) after the opcode.
2905
2906 @item R
2907 A memory reference that is encoded within the opcode.
2908
2909 @end table
2910
2911 @item RX---@file{config/rx/constraints.md}
2912 @table @code
2913 @item Q
2914 An address which does not involve register indirect addressing or
2915 pre/post increment/decrement addressing.
2916
2917 @item Symbol
2918 A symbol reference.
2919
2920 @item Int08
2921 A constant in the range @minus{}256 to 255, inclusive.
2922
2923 @item Sint08
2924 A constant in the range @minus{}128 to 127, inclusive.
2925
2926 @item Sint16
2927 A constant in the range @minus{}32768 to 32767, inclusive.
2928
2929 @item Sint24
2930 A constant in the range @minus{}8388608 to 8388607, inclusive.
2931
2932 @item Uint04
2933 A constant in the range 0 to 15, inclusive.
2934
2935 @end table
2936
2937 @need 1000
2938 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2939 @table @code
2940 @item f
2941 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2942 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2943
2944 @item e
2945 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2946 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2947 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2948
2949 @item c
2950 Floating-point condition code register.
2951
2952 @item d
2953 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2954 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2955
2956 @item b
2957 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2958 when the Visual Instruction Set is available.
2959
2960 @item h
2961 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2962
2963 @item D
2964 A vector constant
2965
2966 @item I
2967 Signed 13-bit constant
2968
2969 @item J
2970 Zero
2971
2972 @item K
2973 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2974 loaded with the @code{sethi} instruction)
2975
2976 @item L
2977 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2978
2979 @item M
2980 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2981
2982 @item N
2983 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2984 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2985 modes wider than @code{SImode}
2986
2987 @item O
2988 The constant 4096
2989
2990 @item G
2991 Floating-point zero
2992
2993 @item H
2994 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2995
2996 @item Q
2997 Floating-point constant whose integral representation can
2998 be moved into an integer register using a single sethi
2999 instruction
3000
3001 @item R
3002 Floating-point constant whose integral representation can
3003 be moved into an integer register using a single mov
3004 instruction
3005
3006 @item S
3007 Floating-point constant whose integral representation can
3008 be moved into an integer register using a high/lo_sum
3009 instruction sequence
3010
3011 @item T
3012 Memory address aligned to an 8-byte boundary
3013
3014 @item U
3015 Even register
3016
3017 @item W
3018 Memory address for @samp{e} constraint registers
3019
3020 @item Y
3021 Vector zero
3022
3023 @end table
3024
3025 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
3026 @table @code
3027 @item a
3028 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3029
3030 @item c
3031 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.
3032
3033 @item d
3034 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.
3035
3036 @item f
3037 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.
3038
3039 @item A
3040 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3041
3042 @item B
3043 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3044
3045 @item C
3046 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3047
3048 @item D
3049 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.
3050
3051 @item I
3052 A constant in the range [@minus{}64, 63] for shift/rotate instructions.
3053
3054 @item J
3055 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.
3056
3057 @item K
3058 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.
3059
3060 @item M
3061 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.
3062
3063 @item N
3064 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.
3065
3066 @item O
3067 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.
3068
3069 @item P
3070 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts
3071
3072 @item R
3073 Call operand, reg, for indirect calls
3074
3075 @item S
3076 Call operand, symbol, for relative calls.
3077
3078 @item T
3079 Call operand, const_int, for absolute calls.
3080
3081 @item U
3082 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.
3083
3084 @item W
3085 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.
3086
3087 @item Y
3088 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.
3089
3090 @item Z
3091 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.
3092
3093 @end table
3094
3095 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
3096 @table @code
3097 @item a
3098 Address register (general purpose register except r0)
3099
3100 @item c
3101 Condition code register
3102
3103 @item d
3104 Data register (arbitrary general purpose register)
3105
3106 @item f
3107 Floating-point register
3108
3109 @item I
3110 Unsigned 8-bit constant (0--255)
3111
3112 @item J
3113 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
3114
3115 @item K
3116 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
3117
3118 @item L
3119 Value appropriate as displacement.
3120 @table @code
3121 @item (0..4095)
3122 for short displacement
3123 @item (@minus{}524288..524287)
3124 for long displacement
3125 @end table
3126
3127 @item M
3128 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
3129
3130 @item N
3131 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
3132 @table @code
3133 @item 0..9:
3134 number of the part counting from most to least significant
3135 @item H,Q:
3136 mode of the part
3137 @item D,S,H:
3138 mode of the containing operand
3139 @item 0,F:
3140 value of the other parts (F---all bits set)
3141 @end table
3142 The constraint matches if the specified part of a constant
3143 has a value different from its other parts.
3144
3145 @item Q
3146 Memory reference without index register and with short displacement.
3147
3148 @item R
3149 Memory reference with index register and short displacement.
3150
3151 @item S
3152 Memory reference without index register but with long displacement.
3153
3154 @item T
3155 Memory reference with index register and long displacement.
3156
3157 @item U
3158 Pointer with short displacement.
3159
3160 @item W
3161 Pointer with long displacement.
3162
3163 @item Y
3164 Shift count operand.
3165
3166 @end table
3167
3168 @item Score family---@file{config/score/score.h}
3169 @table @code
3170 @item d
3171 Registers from r0 to r32.
3172
3173 @item e
3174 Registers from r0 to r16.
3175
3176 @item t
3177 r8---r11 or r22---r27 registers.
3178
3179 @item h
3180 hi register.
3181
3182 @item l
3183 lo register.
3184
3185 @item x
3186 hi + lo register.
3187
3188 @item q
3189 cnt register.
3190
3191 @item y
3192 lcb register.
3193
3194 @item z
3195 scb register.
3196
3197 @item a
3198 cnt + lcb + scb register.
3199
3200 @item c
3201 cr0---cr15 register.
3202
3203 @item b
3204 cp1 registers.
3205
3206 @item f
3207 cp2 registers.
3208
3209 @item i
3210 cp3 registers.
3211
3212 @item j
3213 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3214
3215 @item I
3216 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3217
3218 @item J
3219 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3220
3221 @item K
3222 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3223
3224 @item L
3225 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3226
3227 @item M
3228 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3229
3230 @item N
3231 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3232
3233 @item Z
3234 Any SYMBOL_REF.
3235 @end table
3236
3237 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3238 @table @code
3239 @item a
3240 Register r0.
3241
3242 @item b
3243 Register r1.
3244
3245 @item c
3246 Register r2.
3247
3248 @item d
3249 Register r8.
3250
3251 @item e
3252 Registers r0 through r7.
3253
3254 @item t
3255 Registers r0 and r1.
3256
3257 @item y
3258 The carry register.
3259
3260 @item z
3261 Registers r8 and r9.
3262
3263 @item I
3264 A constant between 0 and 3 inclusive.
3265
3266 @item J
3267 A constant that has exactly one bit set.
3268
3269 @item K
3270 A constant that has exactly one bit clear.
3271
3272 @item L
3273 A constant between 0 and 255 inclusive.
3274
3275 @item M
3276 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3277
3278 @item N
3279 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3280
3281 @item O
3282 A constant between 1 and 4 inclusive.
3283
3284 @item P
3285 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3286
3287 @item Q
3288 A memory reference that is a stack push.
3289
3290 @item R
3291 A memory reference that is a stack pop.
3292
3293 @item S
3294 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3295
3296 @item T
3297 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3298
3299 @item U
3300 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3301
3302 @item Z
3303 The constant 0.
3304
3305 @end table
3306
3307 @item TI C6X family---@file{config/c6x/constraints.md}
3308 @table @code
3309 @item a
3310 Register file A (A0--A31).
3311
3312 @item b
3313 Register file B (B0--B31).
3314
3315 @item A
3316 Predicate registers in register file A (A0--A2 on C64X and
3317 higher, A1 and A2 otherwise).
3318
3319 @item B
3320 Predicate registers in register file B (B0--B2).
3321
3322 @item C
3323 A call-used register in register file B (B0--B9, B16--B31).
3324
3325 @item Da
3326 Register file A, excluding predicate registers (A3--A31,
3327 plus A0 if not C64X or higher).
3328
3329 @item Db
3330 Register file B, excluding predicate registers (B3--B31).
3331
3332 @item Iu4
3333 Integer constant in the range 0 @dots{} 15.
3334
3335 @item Iu5
3336 Integer constant in the range 0 @dots{} 31.
3337
3338 @item In5
3339 Integer constant in the range @minus{}31 @dots{} 0.
3340
3341 @item Is5
3342 Integer constant in the range @minus{}16 @dots{} 15.
3343
3344 @item I5x
3345 Integer constant that can be the operand of an ADDA or a SUBA insn.
3346
3347 @item IuB
3348 Integer constant in the range 0 @dots{} 65535.
3349
3350 @item IsB
3351 Integer constant in the range @minus{}32768 @dots{} 32767.
3352
3353 @item IsC
3354 Integer constant in the range @math{-2^{20}} @dots{} @math{2^{20} - 1}.
3355
3356 @item Jc
3357 Integer constant that is a valid mask for the clr instruction.
3358
3359 @item Js
3360 Integer constant that is a valid mask for the set instruction.
3361
3362 @item Q
3363 Memory location with A base register.
3364
3365 @item R
3366 Memory location with B base register.
3367
3368 @ifset INTERNALS
3369 @item S0
3370 On C64x+ targets, a GP-relative small data reference.
3371
3372 @item S1
3373 Any kind of @code{SYMBOL_REF}, for use in a call address.
3374
3375 @item Si
3376 Any kind of immediate operand, unless it matches the S0 constraint.
3377
3378 @item T
3379 Memory location with B base register, but not using a long offset.
3380
3381 @item W
3382 A memory operand with an address that can't be used in an unaligned access.
3383
3384 @end ifset
3385 @item Z
3386 Register B14 (aka DP).
3387
3388 @end table
3389
3390 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3391 @table @code
3392 @item a
3393 General-purpose 32-bit register
3394
3395 @item b
3396 One-bit boolean register
3397
3398 @item A
3399 MAC16 40-bit accumulator register
3400
3401 @item I
3402 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3403
3404 @item J
3405 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3406
3407 @item K
3408 Integer constant valid for BccI instructions
3409
3410 @item L
3411 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3412
3413 @end table
3414
3415 @end table
3416
3417 @ifset INTERNALS
3418 @node Disable Insn Alternatives
3419 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3420 @cindex enabled
3421
3422 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3423 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3424 new instructions to an existing pattern which are only available for
3425 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3426 option.
3427
3428 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3429 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3430 unsatisfiable.
3431
3432 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3433 in the machine description files:
3434
3435 @enumerate
3436 @item
3437 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3438 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3439 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3440 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3441 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3442 @code{(const_int 0)} otherwise.
3443 @item
3444 A definition of another insn attribute used to describe for what
3445 reason an insn alternative might be available or
3446 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3447 @item
3448 An assignment for the second attribute to each insn definition
3449 combining instructions which are not all available under the same
3450 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3451 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3452 disabled or enabled using the insn condition.)
3453 @end enumerate
3454
3455 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3456 attribute:
3457
3458 @smallexample
3459
3460 (define_insn "*movdi_old"
3461   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3462         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3463   "!TARGET_NEW"
3464   "lgr %0,%1")
3465
3466 (define_insn "*movdi_new"
3467   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3468         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3469   "TARGET_NEW"
3470   "@@
3471    lgr  %0,%1
3472    ldgr %0,%1
3473    lgdr %0,%1")
3474
3475 @end smallexample
3476
3477 to:
3478
3479 @smallexample
3480
3481 (define_insn "*movdi_combined"
3482   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3483         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3484   ""
3485   "@@
3486    lgr  %0,%1
3487    ldgr %0,%1
3488    lgdr %0,%1"
3489   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3490
3491 @end smallexample
3492
3493 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3494
3495 @smallexample
3496
3497 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3498
3499 (define_attr "enabled" ""
3500   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3501          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3502               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3503          (const_int 1)]
3504         (const_int 0)))
3505
3506 @end smallexample
3507
3508 @end ifset
3509
3510 @ifset INTERNALS
3511 @node Define Constraints
3512 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3513 @cindex defining constraints
3514 @cindex constraints, defining
3515
3516 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3517 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3518 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3519 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3520
3521 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3522 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3523 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3524 must begin with a letter or underscore.
3525
3526 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3527 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3528 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3529 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3530 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3531 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3532
3533 Register constraints correspond directly to register classes.
3534 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3535 definitions.
3536
3537 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3538 All three arguments are string constants.
3539 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3540 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3541 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3542 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3543 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3544 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3545 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3546 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3547 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3548 is not available on a given subarchitecture.
3549
3550 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3551 constraint.  Docstrings are explained further below.
3552 @end deffn
3553
3554 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3555 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3556 constraint matches.
3557
3558 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3559 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3560 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3561 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3562 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3563 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3564 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3565 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3566 might match, just like predicate expressions.
3567
3568 @code{match_test} C expressions have access to the
3569 following variables:
3570
3571 @table @var
3572 @item op
3573 The RTL object defining the operand.
3574 @item mode
3575 The machine mode of @var{op}.
3576 @item ival
3577 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3578 @item hval
3579 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3580 @code{const_double}.
3581 @item lval
3582 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3583 @code{const_double}.
3584 @item rval
3585 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3586 @code{const_double}.
3587 @end table
3588
3589 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3590 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3591 object.
3592 @end deffn
3593
3594 Most non-register constraints should be defined with
3595 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3596 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3597 by @code{reload} if they fail to match.
3598
3599 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3600 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3601 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3602 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3603 base register (from the register class specified by
3604 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3605
3606 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3607 memory references, but only those that do not make use of an index
3608 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3609 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3610 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3611 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3612 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3613 the way an @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3614
3615 The syntax and semantics are otherwise identical to
3616 @code{define_constraint}.
3617 @end deffn
3618
3619 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3620 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3621 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3622 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3623 with @var{X} a base register.
3624
3625 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3626 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3627 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3628 the generic @samp{p} constraint.
3629
3630 The syntax and semantics are otherwise identical to
3631 @code{define_constraint}.
3632 @end deffn
3633
3634 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3635 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3636 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3637 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3638 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3639 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3640 it correctly:
3641
3642 @smallexample
3643 @group
3644 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3645   "@var{doc}@dots{}"
3646   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3647        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3648 @end group
3649 @end smallexample
3650 @c the semicolons line up in the formatted manual
3651
3652 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3653 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3654
3655 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3656 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3657 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3658 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3659 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3660 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3661 causes a reload failure.
3662
3663 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3664 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3665 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3666 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3667
3668 @node C Constraint Interface
3669 @subsection Testing constraints from C
3670 @cindex testing constraints
3671 @cindex constraints, testing
3672
3673 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3674 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3675 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3676 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3677 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3678 may change in the future.
3679
3680 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3681 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3682 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3683 the old constraint interface that machine-independent components of
3684 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3685 future.
3686
3687 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3688 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3689 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3690 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3691 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3692
3693 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3694 @example
3695 @multitable {Original} {Mangled}
3696 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3697 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3698 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3699 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3700 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3701 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3702 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3703 @end multitable
3704 @end example
3705
3706 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3707 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3708 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3709 a larger identifier).
3710
3711 @deftp Enum constraint_num
3712 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3713 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3714 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3715 argument expect one of these constants.
3716
3717 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3718 This may change in the future.
3719 @end deftp
3720
3721 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3722 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3723 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3724 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3725 before @file{tm_p.h}.
3726 @end deftypefun
3727
3728 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3729 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3730 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3731 specifies a register constraint, this function will always return
3732 @code{false}.
3733 @end deftypefun
3734
3735 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3736 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3737 a register constraint, or those registers are not available for the
3738 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3739 @end deftypefun
3740
3741 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3742 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3743 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3744 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3745 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3746 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3747 definition from the i386 machine description.)
3748
3749 @smallexample
3750 (define_peephole2
3751   [(match_scratch:SI 3 "r")
3752    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3753         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3754                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3755
3756   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3757
3758   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3759    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3760
3761   "")
3762 @end smallexample
3763
3764 @node Standard Names
3765 @section Standard Pattern Names For Generation
3766 @cindex standard pattern names
3767 @cindex pattern names
3768 @cindex names, pattern
3769
3770 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3771 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3772 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3773 pattern to accomplish a certain task.
3774
3775 @table @asis
3776 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3777 @item @samp{mov@var{m}}
3778 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3779 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3780 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3781
3782 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3783 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3784 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3785 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3786 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3787 outside the target word are left unchanged.
3788
3789 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3790 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3791 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3792 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3793 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3794
3795 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3796 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3797 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3798 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3799 into a register.
3800
3801 @findex force_reg
3802 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3803 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3804 registers other than the operands.  For example, if you support the
3805 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3806 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3807 function which might generate new pseudo registers.
3808
3809 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3810 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3811 some temporary registers.
3812
3813 @findex change_address
3814 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3815 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3816 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3817 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3818 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3819 an address into a valid address and no routine (such as
3820 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3821 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3822
3823 @findex reload_in_progress
3824 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3825 declared if required) can be used to determine whether such special
3826 handling is required.
3827
3828 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3829 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3830 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3831 machines explicit memory references will get optional reloads.
3832
3833 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3834 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3835
3836 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3837 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3838
3839 @findex can_create_pseudo_p
3840 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3841 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3842 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3843
3844 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3845 register to any other hard register provided that
3846 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3847 @code{TARGET_REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value
3848 of 2.
3849
3850 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3851 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3852 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3853 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3854 point members.
3855
3856 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3857 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3858 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3859 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3860 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3861 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3862 reload into a floating point register.
3863
3864 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3865 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3866 @item @samp{reload_in@var{m}}
3867 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3868 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3869 @code{secondary_reload}.
3870
3871 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3872 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3873 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3874 macro in @pxref{Register Classes}.
3875
3876 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3877 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3878 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3879 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3880 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3881 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3882 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3883 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3884 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3885 for these patterns.
3886
3887 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3888 @item @samp{movstrict@var{m}}
3889 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3890 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3891 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3892 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3893
3894 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3895 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3896 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3897 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3898 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3899 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3900 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3901
3902 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3903 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3904
3905 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3906 @item @samp{load_multiple}
3907 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3908 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3909 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3910 number of consecutive registers.
3911
3912 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3913 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3914 registers from memory is to do them one at a time.
3915
3916 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3917 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3918 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3919 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3920 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3921
3922 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3923 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3924 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3925 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3926 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3927
3928 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3929 @item @samp{store_multiple}
3930 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3931 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3932 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3933 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3934
3935 @cindex @code{vec_load_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
3936 @item @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}
3937 Perform an interleaved load of several vectors from memory operand 1
3938 into register operand 0.  Both operands have mode @var{m}.  The register
3939 operand is viewed as holding consecutive vectors of mode @var{n},
3940 while the memory operand is a flat array that contains the same number
3941 of elements.  The operation is equivalent to:
3942
3943 @smallexample
3944 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
3945 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
3946   for (i = 0; i < c; i++)
3947     operand0[i][j] = operand1[j * c + i];
3948 @end smallexample
3949
3950 For example, @samp{vec_load_lanestiv4hi} loads 8 16-bit values
3951 from memory into a register of mode @samp{TI}@.  The register
3952 contains two consecutive vectors of mode @samp{V4HI}@.
3953
3954 This pattern can only be used if:
3955 @smallexample
3956 TARGET_ARRAY_MODE_SUPPORTED_P (@var{n}, @var{c})
3957 @end smallexample
3958 is true.  GCC assumes that, if a target supports this kind of
3959 instruction for some mode @var{n}, it also supports unaligned
3960 loads for vectors of mode @var{n}.
3961
3962 @cindex @code{vec_store_lanes@var{m}@var{n}} instruction pattern
3963 @item @samp{vec_store_lanes@var{m}@var{n}}
3964 Equivalent to @samp{vec_load_lanes@var{m}@var{n}}, with the memory
3965 and register operands reversed.  That is, the instruction is
3966 equivalent to:
3967
3968 @smallexample
3969 int c = GET_MODE_SIZE (@var{m}) / GET_MODE_SIZE (@var{n});
3970 for (j = 0; j < GET_MODE_NUNITS (@var{n}); j++)
3971   for (i = 0; i < c; i++)
3972     operand0[j * c + i] = operand1[i][j];
3973 @end smallexample
3974
3975 for a memory operand 0 and register operand 1.
3976
3977 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3978 @item @samp{vec_set@var{m}}
3979 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3980 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3981
3982 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3983 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3984 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3985 specify field index and operand 0 place to store value into.
3986
3987 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3988 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3989 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
3990 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3991 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3992 The output and input vectors should have the same modes.
3993
3994 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3995 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3996 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2).
3997 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand
3998 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3999 The output and input vectors should have the same modes.
4000
4001 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
4002 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
4003 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
4004 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
4005 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
4006 @code{N/2} elements of the second input vector.
4007
4008 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
4009 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
4010 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
4011 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
4012 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low
4013 @code{N/2} elements of the second input vector.
4014
4015 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
4016 @item @samp{vec_init@var{m}}
4017 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
4018 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
4019
4020 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
4021 @item @samp{push@var{m}1}
4022 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
4023 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
4024 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
4025 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
4026 method is deprecated.
4027
4028 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
4029 @item @samp{add@var{m}3}
4030 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
4031 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
4032 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
4033
4034 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
4035 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
4036 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
4037 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
4038 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
4039 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
4040 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
4041 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
4042 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
4043 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
4044 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
4045 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
4046 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
4047 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
4048 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
4049 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
4050 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
4051 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
4052 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
4053 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
4054 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
4055 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
4056 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
4057 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
4058 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
4059 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
4060 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
4061 Similar, for other arithmetic operations.
4062
4063 @cindex @code{fma@var{m}4} instruction pattern
4064 @item @samp{fma@var{m}4}
4065 Multiply operand 2 and operand 1, then add operand 3, storing the
4066 result in operand 0.  All operands must have mode @var{m}.  This
4067 pattern is used to implement the @code{fma}, @code{fmaf}, and
4068 @code{fmal} builtin functions from the ISO C99 standard.  The
4069 @code{fma} operation may produce different results than doing the
4070 multiply followed by the add if the machine does not perform a
4071 rounding step between the operations.
4072
4073 @cindex @code{fms@var{m}4} instruction pattern
4074 @item @samp{fms@var{m}4}
4075 Like @code{fma@var{m}4}, except operand 3 subtracted from the
4076 product instead of added to the product.  This is represented
4077 in the rtl as
4078
4079 @smallexample
4080 (fma:@var{m} @var{op1} @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4081 @end smallexample
4082
4083 @cindex @code{fnma@var{m}4} instruction pattern
4084 @item @samp{fnma@var{m}4}
4085 Like @code{fma@var{m}4} except that the intermediate product
4086 is negated before being added to operand 3.  This is represented
4087 in the rtl as
4088
4089 @smallexample
4090 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} @var{op3})
4091 @end smallexample
4092
4093 @cindex @code{fnms@var{m}4} instruction pattern
4094 @item @samp{fnms@var{m}4}
4095 Like @code{fms@var{m}4} except that the intermediate product
4096 is negated before subtracting operand 3.  This is represented
4097 in the rtl as
4098
4099 @smallexample
4100 (fma:@var{m} (neg:@var{m} @var{op1}) @var{op2} (neg:@var{m} @var{op3}))
4101 @end smallexample
4102
4103 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
4104 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
4105 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
4106 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
4107 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
4108 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
4109
4110 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
4111 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
4112 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
4113 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4114 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4115 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4116 modes.
4117
4118 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
4119 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
4120 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
4121 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
4122 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
4123 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
4124 modes.
4125
4126 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
4127 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
4128 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
4129 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4130 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4131
4132 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
4133 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
4134 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
4135 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
4136 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
4137
4138 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
4139 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
4140 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
4141 @item @samp{udot_prod@var{m}}
4142 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements.
4143 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a
4144 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or
4145 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
4146 is of the same mode as operand 3.
4147
4148 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
4149 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
4150 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
4151 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
4152 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of
4153 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
4154 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
4155 of a wider mode.)
4156
4157 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
4158 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
4159 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
4160 Whole vector left/right shift in bits.
4161 Operand 1 is a vector to be shifted.
4162 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
4163 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
4164 The output and input vectors should have the same modes.
4165
4166 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
4167 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
4168 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
4169 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
4170 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
4171 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
4172
4173 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
4174 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
4175 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
4176 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
4177 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
4178 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
4179 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
4180 saturating arithmetic.
4181
4182 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4183 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
4184 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
4185 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
4186 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
4187 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
4188 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
4189
4190 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
4191 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
4192 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
4193 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
4194 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
4195 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
4196 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
4197 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4198
4199 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
4200 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
4201 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
4202 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
4203 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
4204 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
4205 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
4206
4207 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4208 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4209 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
4210 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
4211 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
4212 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
4213 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
4214 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
4215 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
4216 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
4217 the output vector (operand 0).
4218
4219 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
4220 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
4221 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
4222 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
4223 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
4224 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
4225 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
4226 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
4227 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
4228 output vector (operand 0).
4229
4230 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
4231 @item @samp{mulhisi3}
4232 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
4233 a @code{SImode} product in operand 0.
4234
4235 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
4236 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
4237 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
4238 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
4239
4240 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
4241 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
4242 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
4243 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
4244 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
4245 multiplication.
4246
4247 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
4248 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
4249 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
4250 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
4251 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
4252 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
4253 multiplication.
4254
4255 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4256 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
4257 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
4258 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
4259 The least significant half of the product is discarded.
4260
4261 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
4262 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
4263 Similar, but the multiplication is unsigned.
4264
4265 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4266 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
4267 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
4268 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4269 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4270 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4271 the size of @var{m}.
4272
4273 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
4274 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
4275
4276 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4277
4278 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4279 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
4280 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4281 operands instead of sign-extending them.
4282
4283 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4284 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
4285 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4286 signed-saturating.
4287
4288 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4289 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
4290 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4291 unsigned-saturating.
4292
4293 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4294 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
4295 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
4296 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
4297 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
4298 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
4299 the size of @var{m}.
4300
4301 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
4302 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
4303 from operand 3.
4304
4305 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
4306
4307 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4308 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
4309 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
4310 operands instead of sign-extending them.
4311
4312 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4313 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
4314 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4315 signed-saturating.
4316
4317 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
4318 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
4319 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
4320 unsigned-saturating.
4321
4322 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
4323 @item @samp{divmod@var{m}4}
4324 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
4325 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
4326 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
4327
4328 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
4329 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
4330 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
4331 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
4332 and remainder are computed.
4333
4334 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
4335 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
4336 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
4337 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
4338 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
4339
4340 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
4341 @item @samp{udivmod@var{m}4}
4342 Similar, but does unsigned division.
4343
4344 @anchor{shift patterns}
4345 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
4346 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
4347 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
4348 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
4349 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
4350 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
4351 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
4352 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
4353 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
4354 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
4355 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
4356
4357 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
4358 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
4359 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
4360 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
4361 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
4362 Other shift and rotate instructions, analogous to the
4363 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
4364
4365 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
4366 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
4367 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
4368 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
4369 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
4370 @item @samp{vashl@var{m}3}, @samp{vashr@var{m}3}, @samp{vlshr@var{m}3}, @samp{vrotl@var{m}3}, @samp{vrotr@var{m}3}
4371 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
4372 instead of a scalar type.
4373
4374 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
4375 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
4376 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
4377 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
4378 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4379
4380 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4381 @item @samp{abs@var{m}2}
4382 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4383
4384 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4385 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4386 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4387
4388 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4389 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4390 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4391 type @code{float}.
4392
4393 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4394 @item @samp{fmod@var{m}3}
4395 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4396 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4397
4398 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4399 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4400 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4401 type @code{float}.
4402
4403 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4404 @item @samp{remainder@var{m}3}
4405 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4406 operand 0, rounded to the nearest integer.
4407
4408 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4409 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4410 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4411 to the C data type @code{float}.
4412
4413 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4414 @item @samp{cos@var{m}2}
4415 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4416
4417 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4418 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4419 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4420 type @code{float}.
4421
4422 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4423 @item @samp{sin@var{m}2}
4424 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4425
4426 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4427 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4428 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4429 type @code{float}.
4430
4431 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4432 @item @samp{exp@var{m}2}
4433 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4434
4435 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4436 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4437 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4438 type @code{float}.
4439
4440 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4441 @item @samp{log@var{m}2}
4442 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4443
4444 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4445 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4446 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4447 type @code{float}.
4448
4449 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4450 @item @samp{pow@var{m}3}
4451 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4452 into operand 0.
4453
4454 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4455 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4456 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4457 type @code{float}.
4458
4459 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4460 @item @samp{atan2@var{m}3}
4461 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4462 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4463 determine the quadrant of the result.
4464
4465 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4466 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4467 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4468 type @code{float}.
4469
4470 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4471 @item @samp{floor@var{m}2}
4472 Store the largest integral value not greater than argument.
4473
4474 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4475 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4476 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4477 type @code{float}.
4478
4479 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4480 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4481 Store the argument rounded to integer towards zero.
4482
4483 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4484 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4485 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4486 type @code{float}.
4487
4488 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4489 @item @samp{round@var{m}2}
4490 Store the argument rounded to integer away from zero.
4491
4492 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4493 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4494 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4495 type @code{float}.
4496
4497 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4498 @item @samp{ceil@var{m}2}
4499 Store the argument rounded to integer away from zero.
4500
4501 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4502 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4503 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4504 type @code{float}.
4505
4506 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4507 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4508 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4509
4510 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4511 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4512 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4513 type @code{float}.
4514
4515 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4516 @item @samp{rint@var{m}2}
4517 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4518 raise the inexact exception when the result differs in value from
4519 the argument
4520
4521 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4522 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4523 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4524 type @code{float}.
4525
4526 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4527 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4528 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4529 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4530 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4531
4532 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4533 @item @samp{lround@var{m}@var{n}2}
4534 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4535 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4536 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4537
4538 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4539 @item @samp{lfloor@var{m}@var{n}2}
4540 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4541 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4542 operand 0 (which has mode @var{n}).
4543
4544 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4545 @item @samp{lceil@var{m}@var{n}2}
4546 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4547 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4548 operand 0 (which has mode @var{n}).
4549
4550 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4551 @item @samp{copysign@var{m}3}
4552 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4553 2 into operand 0.
4554
4555 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4556 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4557 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4558 type @code{float}.
4559
4560 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4561 @item @samp{ffs@var{m}2}
4562 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4563 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4564 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4565 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4566 generating the instruction.
4567
4568 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4569 corresponds to the C data type @code{int}.
4570
4571 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4572 @item @samp{clz@var{m}2}
4573 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4574 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4575 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4576 the result is undefined or has a useful value.
4577 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4578 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4579 operand to that mode before generating the instruction.
4580
4581 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4582 @item @samp{ctz@var{m}2}
4583 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4584 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4585 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4586 the result is undefined or has a useful value.
4587 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4588 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4589 operand to that mode before generating the instruction.
4590
4591 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4592 @item @samp{popcount@var{m}2}
4593 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4594 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4595 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4596 generating the instruction.
4597
4598 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4599 @item @samp{parity@var{m}2}
4600 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4601 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4602 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4603 the operand to that mode before generating the instruction.
4604
4605 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4606 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4607 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4608
4609 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4610 @item @samp{movmem@var{m}}
4611 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4612 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4613 address in mode @code{Pmode}.
4614
4615 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4616 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4617 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4618 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4619 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4620 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4621 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4622
4623 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4624 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4625 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4626 it may provide the value 4 for this operand.
4627
4628 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4629 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4630 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4631 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4632 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4633
4634 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4635 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4636 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4637 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4638 individually moved data units in the block.
4639
4640 These patterns need not give special consideration to the possibility
4641 that the source and destination strings might overlap.
4642
4643 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4644 @item @samp{movstr}
4645 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4646 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4647 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4648 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4649 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4650 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4651
4652 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4653 @item @samp{setmem@var{m}}
4654 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4655 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4656 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4657 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4658 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4659 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4660
4661 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4662 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4663 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4664 operand.
4665
4666 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4667 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4668 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4669 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4670 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4671
4672 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4673
4674 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4675 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4676 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4677 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4678 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4679 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4680 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4681 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4682 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4683 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4684 indicates the result of the comparison.
4685
4686 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4687 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4688 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4689 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4690 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4691 @code{Pmode}.
4692
4693 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4694 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4695 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4696 it may provide the value 4 for this operand.
4697
4698 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4699 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4700 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4701 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4702 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4703 whose sign indicates the result of the comparison.
4704
4705 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4706 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4707 Block compare instruction, with five operands like the operands
4708 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4709 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4710 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4711 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4712 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4713 comparison.
4714
4715 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4716 @item @samp{strlen@var{m}}
4717 Compute the length of a string, with three operands.
4718 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4719 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4720 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4721 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4722 of the beginning of the string.
4723
4724 @cindex @code{float@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4725 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4726 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4727 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4728 @var{n}).
4729
4730 @cindex @code{floatuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4731 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4732 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4733 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4734 @var{n}).
4735
4736 @cindex @code{fix@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4737 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4738 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4739 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4740 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4741 the value of operand 1 is an integer.
4742
4743 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4744 define the @code{ftrunc} pattern.
4745
4746 @cindex @code{fixuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4747 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4748 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4749 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4750 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4751 value of operand 1 is an integer.
4752
4753 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4754 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4755 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4756 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4757 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4758
4759 @cindex @code{fix_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4760 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4761 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4762 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4763
4764 @cindex @code{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4765 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4766 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4767 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4768
4769 @cindex @code{trunc@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4770 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4771 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4772 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4773 point or both floating point.
4774
4775 @cindex @code{extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4776 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4777 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4778 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4779 point or both floating point.
4780
4781 @cindex @code{zero_extend@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4782 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4783 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4784 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4785 point.
4786
4787 @cindex @code{fract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4788 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4789 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4790 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4791 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4792 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4793 or fixed-point to floating-point.
4794 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4795
4796 @cindex @code{satfract@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4797 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4798 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4799 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4800 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4801 or floating-point to fixed-point.
4802 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4803 results to the maximum or the minimum.
4804
4805 @cindex @code{fractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4806 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4807 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4808 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4809 could be unsigned integer to fixed-point, or
4810 fixed-point to unsigned integer.
4811 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4812
4813 @cindex @code{satfractuns@var{m}@var{n}2} instruction pattern
4814 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4815 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4816 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4817 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4818 results to the maximum or the minimum.
4819
4820 @cindex @code{extv} instruction pattern
4821 @item @samp{extv}
4822 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4823 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4824 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4825 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4826 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4827 be valid for @code{word_mode}.
4828
4829 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4830 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4831
4832 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4833 before it is stored in operand 0.
4834
4835 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4836 @item @samp{extzv}
4837 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4838
4839 @cindex @code{insv} instruction pattern
4840 @item @samp{insv}
4841 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4842 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4843 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4844 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4845 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4846
4847 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4848 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4849
4850 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4851 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4852 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4853 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4854 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4855
4856 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4857 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4858 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4859 codes and vice versa.
4860
4861 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4862 define these patterns.
4863
4864 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4865 @item @samp{add@var{mode}cc}
4866 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4867 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4868 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4869 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4870
4871 @cindex @code{cstore@var{mode}4} instruction pattern
4872 @item @samp{cstore@var{mode}4}
4873 Store zero or nonzero in operand 0 according to whether a comparison
4874 is true.  Operand 1 is a comparison operator.  Operand 2 and operand 3
4875 are the first and second operand of the comparison, respectively.
4876 You specify the mode that operand 0 must have when you write the
4877 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees which
4878 mode you have used and supplies an operand of that mode.
4879
4880 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4881 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4882 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4883 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4884 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4885 found that can be used for all the possible comparison operators, you
4886 should pick one and use a @code{define_expand} to map all results
4887 onto the one you chose.
4888
4889 These operations may @code{FAIL}, but should do so only in relatively
4890 uncommon cases; if they would @code{FAIL} for common cases involving
4891 integer comparisons, it is best to restrict the predicates to not
4892 allow these operands.  Likewise if a given comparison operator will
4893 always fail, independent of the operands (for floating-point modes, the
4894 @code{ordered_comparison_operator} predicate is often useful in this case).
4895
4896 If this pattern is omitted, the compiler will generate a conditional
4897 branch---for example, it may copy a constant one to the target and branching
4898 around an assignment of zero to the target---or a libcall.  If the predicate
4899 for operand 1 only rejects some operators, it will also try reordering the
4900 operands and/or inverting the result value (e.g.@: by an exclusive OR).
4901 These possibilities could be cheaper or equivalent to the instructions
4902 used for the @samp{cstore@var{mode}4} pattern followed by those required
4903 to convert a positive result from @code{STORE_FLAG_VALUE} to 1; in this
4904 case, you can and should make operand 1's predicate reject some operators
4905 in the @samp{cstore@var{mode}4} pattern, or remove the pattern altogether
4906 from the machine description.
4907
4908 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4909 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4910 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4911 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4912 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4913 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4914
4915 @cindex @code{jump} instruction pattern
4916 @item @samp{jump}
4917 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4918 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4919 on all machines.
4920
4921 @cindex @code{call} instruction pattern
4922 @item @samp{call}
4923 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4924 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4925 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4926 operands.
4927
4928 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4929 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4930 to put this information into the assembler code; they can put it in
4931 the RTL instead of operand 1.
4932
4933 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4934 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4935 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4936 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4937 instruction, the pattern for this operation should be a
4938 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4939 address into a register and uses that register in the call instruction.
4940
4941 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4942 @item @samp{call_value}
4943 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4944 register in which the value is returned.  There are three more
4945 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4946 instruction (but with numbers increased by one).
4947
4948 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4949 insn.
4950
4951 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4952 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4953 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4954 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4955 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4956 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4957 adjustment made to the frame pointer.
4958
4959 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4960 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4961 can be eliminated, if desired.
4962
4963 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4964 @item @samp{untyped_call}
4965 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4966 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4967 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4968 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4969 the saving of a function return value into the result block.
4970
4971 This instruction pattern should be defined to support
4972 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4973 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4974 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4975 multiple registers that can hold a return value
4976 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4977
4978 @cindex @code{return} instruction pattern
4979 @item @samp{return}
4980 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4981 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4982 from a function.
4983
4984 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4985 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4986 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4987 some class of functions only requires one instruction to implement a
4988 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4989 to save any registers or allocate stack space.
4990
4991 @findex reload_completed
4992 @findex leaf_function_p
4993 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4994 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4995 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4996 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4997 a register window push is required.
4998
4999 Machines that have conditional return instructions should define patterns
5000 such as
5001
5002 @smallexample
5003 (define_insn ""
5004   [(set (pc)
5005         (if_then_else (match_operator
5006                          0 "comparison_operator"
5007                          [(cc0) (const_int 0)])
5008                       (return)
5009                       (pc)))]
5010   "@var{condition}"
5011   "@dots{}")
5012 @end smallexample
5013
5014 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
5015 named @samp{return} pattern.
5016
5017 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
5018 @item @samp{untyped_return}
5019 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
5020 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
5021 instructions are needed to return a value of any type.
5022
5023 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
5024 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
5025 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
5026 the restoring of a function return value from the result block.
5027
5028 @cindex @code{nop} instruction pattern
5029 @item @samp{nop}
5030 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
5031 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
5032 RTL pattern.
5033
5034 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
5035 @item @samp{indirect_jump}
5036 An instruction to jump to an address which is operand zero.
5037 This pattern name is mandatory on all machines.
5038
5039 @cindex @code{casesi} instruction pattern
5040 @item @samp{casesi}
5041 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
5042 This instruction takes five operands:
5043
5044 @enumerate
5045 @item
5046 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
5047
5048 @item
5049 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
5050
5051 @item
5052 The total range of indices in the table---the largest index
5053 minus the smallest one (both inclusive).
5054
5055 @item
5056 A label that precedes the table itself.
5057
5058 @item
5059 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
5060 @end enumerate
5061
5062 The table is an @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
5063 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
5064 difference between the upper bound and the lower bound.
5065
5066 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
5067 @item @samp{tablejump}
5068 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
5069 capability which can be used to implement a dispatch table when there
5070 is no @samp{casesi} pattern.
5071
5072 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
5073 which should immediately precede the jump table.  If the macro
5074 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
5075 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
5076 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
5077 mode @code{Pmode}.
5078
5079 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
5080 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
5081 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
5082 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
5083
5084
5085 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
5086 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
5087 Conditional branch instruction that decrements a register and
5088 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
5089 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
5090 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
5091
5092 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
5093 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
5094 reduction is enabled.
5095
5096 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
5097 @item @samp{doloop_end}
5098 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
5099 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
5100 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
5101 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
5102 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
5103 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
5104 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
5105 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
5106 @xref{Looping Patterns}.
5107
5108 This optional instruction pattern should be defined for machines with
5109 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
5110 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
5111 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5112 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
5113 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
5114 too large for this instruction, make it fail.
5115
5116 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
5117 @item @samp{doloop_begin}
5118 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
5119 need to perform some initialization, such as loading special registers
5120 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
5121 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
5122 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
5123
5124
5125 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
5126 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
5127 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
5128 into operand 0.
5129
5130 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
5131 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
5132 and also has mode @code{Pmode}.
5133
5134 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
5135 the address of the function which would be called if the function
5136 pointer were used in an indirect call.
5137
5138 Only define this pattern if function pointers on the target machine
5139 can have different values but still call the same function when
5140 used in an indirect call.
5141
5142 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
5143 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
5144 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
5145 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
5146 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
5147 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
5148 @item @samp{save_stack_block}
5149 @itemx @samp{save_stack_function}
5150 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
5151 @itemx @samp{restore_stack_block}
5152 @itemx @samp{restore_stack_function}
5153 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
5154 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
5155 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
5156 such machines.
5157
5158 Some machines require special handling for stack pointer saves and
5159 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
5160 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
5161 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
5162 saves and restores are:
5163
5164 @enumerate
5165 @item
5166 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
5167 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
5168 restores the stack pointer when the block is exited.
5169
5170 @item
5171 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
5172 similar job for the outermost block of a function and are used when the
5173 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
5174 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
5175 restore sequence on some machines.
5176
5177 @item
5178 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
5179 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
5180 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
5181 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
5182 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
5183 and restoring additional data such as register window information or
5184 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
5185 such required data.
5186 @end enumerate
5187
5188 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
5189 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
5190 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
5191 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
5192 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
5193 for a particular type of save (either because no save is needed or
5194 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
5195 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
5196 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
5197 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
5198
5199 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
5200 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
5201 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
5202
5203 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
5204 @item @samp{allocate_stack}
5205 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
5206 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
5207
5208 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
5209 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
5210 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
5211 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
5212 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
5213 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
5214 stack is free.
5215
5216 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
5217 Some machines require other operations such as stack probes or
5218 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
5219 operations in addition to updating the stack pointer.
5220
5221 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
5222 @item @samp{check_stack}
5223 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) cannot be done on your system by
5224 probing the stack, define this pattern to perform the needed check and signal
5225 an error if the stack has overflowed.  The single operand is the address in
5226 the stack farthest from the current stack pointer that you need to validate.
5227 Normally, on platforms where this pattern is needed, you would obtain the
5228 stack limit from a global or thread-specific variable or register.
5229
5230 @cindex @code{probe_stack} instruction pattern
5231 @item @samp{probe_stack}
5232 If stack checking (@pxref{Stack Checking}) can be done on your system by
5233 probing the stack but doing it with a ``store zero'' instruction is not valid
5234 or optimal, define this pattern to do the probing differently and signal an
5235 error if the stack has overflowed.  The single operand is the memory reference
5236 in the stack that needs to be probed.
5237
5238 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
5239 @item @samp{nonlocal_goto}
5240 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
5241 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
5242 each representing a value to be used in the jump.  The first
5243 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
5244 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
5245 the third is the address of a location where the stack is saved,
5246 and the last is the address of the label, to be placed in the
5247 location for the incoming static chain.
5248
5249 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
5250 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
5251 and static chain, restore the stack (using the
5252 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
5253 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
5254 not work on your machine.
5255
5256 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
5257 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
5258 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
5259 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
5260 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
5261 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
5262 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
5263 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
5264 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
5265 There are no arguments.
5266
5267 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
5268 @item @samp{exception_receiver}
5269 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
5270 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5271 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5272 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5273 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
5274 an exception.  There are no arguments.
5275
5276 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
5277 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
5278 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
5279 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
5280 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
5281 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
5282 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
5283 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
5284 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
5285 the first three are normally used by the generic mechanism.
5286
5287 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
5288 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
5289 This pattern, if defined, contains code needed at the site of a
5290 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
5291 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
5292 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
5293 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
5294 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
5295 at a small offset from that label.
5296
5297 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
5298 @item @samp{builtin_longjmp}
5299 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
5300 You will not normally need to define this pattern unless you also define
5301 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
5302 @code{jmp_buf}.
5303
5304 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
5305 @item @samp{eh_return}
5306 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
5307 and thence the call frame exception handling library routines, are
5308 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
5309 the abnormal return path.
5310
5311 The address of the exception handler to which the function should return
5312 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
5313 the pattern to some special register or memory location.
5314 If the pattern needs to determine the location of the target call
5315 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
5316 if defined; it will have already been assigned.
5317
5318 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
5319 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
5320 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
5321 handling is to be used.
5322
5323 @cindex @code{prologue} instruction pattern
5324 @anchor{prologue instruction pattern}
5325 @item @samp{prologue}
5326 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
5327 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
5328 pointer register, saving callee saved registers, etc.
5329
5330 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
5331 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
5332
5333 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
5334 instruction scheduling.
5335
5336 @cindex @code{window_save} instruction pattern
5337 @anchor{window_save instruction pattern}
5338 @item @samp{window_save}
5339 This pattern, if defined, emits RTL for a register window save.  It should
5340 be defined if the target machine has register windows but the window events
5341 are decoupled from calls to subroutines.  The canonical example is the SPARC
5342 architecture.
5343
5344 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
5345 @anchor{epilogue instruction pattern}
5346 @item @samp{epilogue}
5347 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
5348 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
5349 registers and emitting the return instruction.
5350
5351 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
5352 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
5353
5354 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5355 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5356
5357 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5358 @item @samp{sibcall_epilogue}
5359 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5360 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5361 sibling call (aka tail call) sites.
5362
5363 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5364 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5365 function.
5366
5367 @cindex @code{trap} instruction pattern
5368 @item @samp{trap}
5369 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5370 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5371 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5372
5373 @cindex @code{ctrap@var{MM}4} instruction pattern
5374 @item @samp{ctrap@var{MM}4}
5375 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5376 performs a comparison, and operands 1 and 2 are the arms of the
5377 comparison.  Operand 3 is the trap code, an integer.
5378
5379 A typical @code{ctrap} pattern looks like
5380
5381 @smallexample
5382 (define_insn "ctrapsi4"
5383   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5384              [(match_operand 1 "register_operand")
5385               (match_operand 2 "immediate_operand")])
5386             (match_operand 3 "const_int_operand" "i"))]
5387   ""
5388   "@dots{}")
5389 @end smallexample
5390
5391 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5392 @item @samp{prefetch}
5393
5394 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5395 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5396 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5397 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5398 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5399 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5400 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5401 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5402 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5403
5404 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5405 the values of operands 1 and 2.
5406
5407 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5408 @item @samp{blockage}
5409
5410 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5411 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5412 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5413
5414 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5415 @item @samp{memory_barrier}
5416
5417 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5418 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5419 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5420 This pattern has no operands.
5421
5422 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5423 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5424
5425 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5426 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5427 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5428 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5429 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5430 of the operation; it should contain the contents of the memory
5431 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5432 a copy of operand 2.
5433
5434 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5435
5436 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5437 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5438 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5439 after the atomic operation.
5440
5441 For targets where the success or failure of the compare-and-swap
5442 operation is available via the status flags, it is possible to
5443 avoid a separate compare operation and issue the subsequent
5444 branch or store-flag operation immediately after the compare-and-swap.
5445 To this end, GCC will look for a @code{MODE_CC} set in the
5446 output of @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}; if the machine
5447 description includes such a set, the target should also define special
5448 @code{cbranchcc4} and/or @code{cstorecc4} instructions.  GCC will then
5449 be able to take the destination of the @code{MODE_CC} set and pass it
5450 to the @code{cbranchcc4} or @code{cstorecc4} pattern as the first
5451 operand of the comparison (the second will be @code{(const_int 0)}).
5452
5453 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5454 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5455 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5456 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5457 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5458 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5459 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5460 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5461 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5462
5463 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5464 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5465 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5466
5467 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5468 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5469 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5470 after the atomic operation.
5471
5472 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5473 from a compare-and-swap operation, if defined.
5474
5475 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5476 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5477 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5478 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5479 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5480 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5481 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5482 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5483 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5484
5485 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5486 and return the value that the memory contained before the operation.
5487 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5488 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5489 to the binary operator.
5490
5491 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5492 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5493 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5494 after the atomic operation.
5495
5496 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5497 from a compare-and-swap operation, if defined.
5498
5499 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5500 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5501 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5502 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5503 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5504 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5505 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5506 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5507 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5508
5509 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5510 except that they return the value that exists in the memory location
5511 after the operation, rather than before the operation.
5512
5513 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5514 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5515
5516 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5517 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5518 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5519 is the value to set in the lock.
5520
5521 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5522 which the previous value in memory operand is copied into the result
5523 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5524
5525 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5526 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5527 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5528 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5529 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5530
5531 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5532 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5533 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5534
5535 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5536 a compare-and-swap operation, if defined.
5537
5538 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5539 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5540
5541 This pattern, if defined, releases a lock set by
5542 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5543 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5544
5545 If the target doesn't implement full semantics for
5546 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5547 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5548 of the memory operand are implementation defined.
5549
5550 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5551 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5552 released only after all previous memory operations have completed.
5553
5554 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5555 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5556
5557 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5558 @item @samp{stack_protect_set}
5559
5560 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5561 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5562 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5563 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5564 having clobbered it.
5565
5566 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5567
5568 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5569 @item @samp{stack_protect_test}
5570
5571 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5572 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5573 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5574 weren't equal.
5575
5576 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5577 conditional branch pattern is used.
5578
5579 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5580 @item @samp{clear_cache}
5581
5582 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5583 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5584 inclusive and operand 1 exclusive.
5585
5586 If this pattern is not defined, a call to the library function
5587 @code{__clear_cache} is used.
5588
5589 @end table
5590
5591 @end ifset
5592 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5593 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5594 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5595 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5596 @ifset INTERNALS
5597 @node Pattern Ordering
5598 @section When the Order of Patterns Matters
5599 @cindex Pattern Ordering
5600 @cindex Ordering of Patterns
5601
5602 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5603 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5604 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5605 and faster instructions (those that will produce better code when they
5606 do match) should usually go first in the description.
5607
5608 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5609 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5610 instruction for converting a fullword to floating point and another
5611 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5612 an integer to floating point could match either one.  We put the
5613 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5614 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5615 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5616 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5617 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5618 constant value.
5619
5620 @end ifset
5621 @ifset INTERNALS
5622 @node Dependent Patterns
5623 @section Interdependence of Patterns
5624 @cindex Dependent Patterns
5625 @cindex Interdependence of Patterns
5626
5627 In some cases machines support instructions identical except for the
5628 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5629 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5630 patterns are
5631
5632 @smallexample
5633 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5634      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5635
5636 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5637      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5638 @end smallexample
5639
5640 @noindent
5641 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5642 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5643 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5644 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5645 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5646 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5647
5648 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5649 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5650 compilations.
5651
5652 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5653 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5654 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5655 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5656 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5657 that supports register-register add insns by examining the operands and
5658 generating the appropriate machine instruction.
5659
5660 @end ifset
5661 @ifset INTERNALS
5662 @node Jump Patterns
5663 @section Defining Jump Instruction Patterns
5664 @cindex jump instruction patterns
5665 @cindex defining jump instruction patterns
5666
5667 GCC does not assume anything about how the machine realizes jumps.
5668 The machine description should define a single pattern, usually
5669 a @code{define_expand}, which expands to all the required insns.
5670
5671 Usually, this would be a comparison insn to set the condition code
5672 and a separate branch insn testing the condition code and branching
5673 or not according to its value.  For many machines, however,
5674 separating compares and branches is limiting, which is why the
5675 more flexible approach with one @code{define_expand} is used in GCC.
5676 The machine description becomes clearer for architectures that
5677 have compare-and-branch instructions but no condition code.  It also
5678 works better when different sets of comparison operators are supported
5679 by different kinds of conditional branches (e.g. integer vs. floating-point),
5680 or by conditional branches with respect to conditional stores.
5681
5682 Two separate insns are always used if the machine description represents
5683 a condition code register using the legacy RTL expression @code{(cc0)},
5684 and on most machines that use a separate condition code register
5685 (@pxref{Condition Code}).  For machines that use @code{(cc0)}, in
5686 fact, the set and use of the condition code must be separate and
5687 adjacent@footnote{@code{note} insns can separate them, though.}, thus
5688 allowing flags in @code{cc_status} to be used (@pxref{Condition Code}) and
5689 so that the comparison and branch insns could be located from each other
5690 by using the functions @code{prev_cc0_setter} and @code{next_cc0_user}.
5691
5692 Even in this case having a single entry point for conditional branches
5693 is advantageous, because it handles equally well the case where a single
5694 comparison instruction records the results of both signed and unsigned
5695 comparison of the given operands (with the branch insns coming in distinct
5696 signed and unsigned flavors) as in the x86 or SPARC, and the case where
5697 there are distinct signed and unsigned compare instructions and only
5698 one set of conditional branch instructions as in the PowerPC.
5699
5700 @end ifset
5701 @ifset INTERNALS
5702 @node Looping Patterns
5703 @section Defining Looping Instruction Patterns
5704 @cindex looping instruction patterns
5705 @cindex defining looping instruction patterns
5706
5707 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5708 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5709 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5710 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5711 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5712 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5713 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5714 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5715 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5716 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5717 the jump.
5718
5719 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5720 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5721 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5722 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5723 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5724 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5725 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5726 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5727 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5728 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5729 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5730 following for its @code{dbra} instruction:
5731
5732 @smallexample
5733 @group
5734 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5735   [(set (pc)
5736         (if_then_else
5737           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5738                        (const_int -1))
5739               (const_int 0))
5740           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5741           (pc)))
5742    (set (match_dup 0)
5743         (plus:SI (match_dup 0)
5744                  (const_int -1)))]
5745   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5746   "@dots{}")
5747 @end group
5748 @end smallexample
5749
5750 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5751 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5752 since this insn is generated by the instruction combination phase
5753 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5754 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5755 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5756 pattern will not be matched by the combiner.
5757
5758 @smallexample
5759 @group
5760 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5761   [(set (pc)
5762         (if_then_else
5763           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5764               (const_int 1))
5765           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5766           (pc)))
5767    (set (match_dup 0)
5768         (plus:SI (match_dup 0)
5769                  (const_int -1)))]
5770   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5771   "@dots{}")
5772 @end group
5773 @end smallexample
5774
5775 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5776 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5777 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5778 information collected during strength reduction.
5779
5780 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5781 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5782 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5783 needed for some low-overhead looping instructions.
5784
5785 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5786 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5787 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5788 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5789 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5790 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5791 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5792 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5793 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5794 desired special iteration counter register was not allocated, this
5795 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5796 instruction pair.
5797
5798 The essential difference between the
5799 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5800 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5801 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5802 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5803 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5804 may become redundant and removed by the flow pass.
5805
5806
5807 @end ifset
5808 @ifset INTERNALS
5809 @node Insn Canonicalizations
5810 @section Canonicalization of Instructions
5811 @cindex canonicalization of instructions
5812 @cindex insn canonicalization
5813
5814 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5815 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5816 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5817 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5818 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5819 number of insn patterns required.
5820
5821 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5822 are performed:
5823
5824 @itemize @bullet
5825 @item
5826 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5827 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5828 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5829 be supplied.
5830
5831 @item
5832 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5833 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5834 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5835 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5836 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5837 floating-point.
5838
5839 @item
5840 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5841 @cindex @code{not}, canonicalization of
5842 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5843 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5844 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5845 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5846 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5847 first operand.
5848
5849 @item
5850 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5851 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5852 the operations as far as possible.  For instance,
5853 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5854 @code{(plus (mult (neg B) C) A)} is canonicalized as
5855 @code{(minus A (mult B C))}.
5856
5857 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5858 @item
5859 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5860 if the first argument is a condition code register or @code{(cc0)}.
5861
5862 @item
5863 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5864 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5865 above.
5866
5867 @item
5868 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5869 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5870 of @code{ltu}.
5871
5872 @item
5873 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5874 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5875
5876 @item
5877 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5878 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5879
5880 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5881 @cindex @code{and}, canonicalization of
5882 @cindex De Morgan's law
5883 @item
5884 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5885 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5886 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5887
5888 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5889 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5890 for that instruction as
5891
5892 @smallexample
5893 (define_insn ""
5894   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5895         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5896                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5897   "@dots{}"
5898   "@dots{}")
5899 @end smallexample
5900
5901 @noindent
5902 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5903
5904 @smallexample
5905 (define_insn ""
5906   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5907         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5908                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5909   "@dots{}"
5910   "@dots{}")
5911 @end smallexample
5912
5913 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5914 logically equivalent RTL expressions.
5915
5916 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5917 @item
5918 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5919 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5920 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5921
5922 @item
5923 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5924 the form
5925
5926 @smallexample
5927 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5928 @end smallexample
5929
5930 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5931 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5932 @item
5933 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5934 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5935 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5936
5937 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5938 @item
5939 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (sign_extend:@var{m2} @var{x})
5940 (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted to @code{(mult:@var{m1}
5941 (sign_extend:@var{m1} @var{x}) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise
5942 for @code{zero_extend}.
5943
5944 @item
5945 @code{(sign_extend:@var{m1} (mult:@var{m2} (ashiftrt:@var{m2}
5946 @var{x} @var{s}) (sign_extend:@var{m2} @var{y})))} is converted
5947 to @code{(mult:@var{m1} (sign_extend:@var{m1} (ashiftrt:@var{m2}
5948 @var{x} @var{s})) (sign_extend:@var{m1} @var{y}))}, and likewise for
5949 patterns using @code{zero_extend} and @code{lshiftrt}.  If the second
5950 operand of @code{mult} is also a shift, then that is extended also.
5951 This transformation is only applied when it can be proven that the
5952 original operation had sufficient precision to prevent overflow.
5953
5954 @end itemize
5955
5956 Further canonicalization rules are defined in the function
5957 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5958
5959 @end ifset
5960 @ifset INTERNALS
5961 @node Expander Definitions
5962 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5963 @cindex expander definitions
5964 @cindex code generation RTL sequences
5965 @cindex defining RTL sequences for code generation
5966
5967 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5968 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5969 represent them.  For these target machines, you can write a
5970 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5971
5972 @findex define_expand
5973 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5974 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5975 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5976
5977 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5978
5979 @itemize @bullet
5980 @item
5981 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5982 use for it is to refer to it by name.
5983
5984 @item
5985 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5986 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5987 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5988
5989 @item
5990 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5991 used to express how the availability of this pattern depends on
5992 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5993 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5994 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5995 depend on the data in the insn being matched, but only the
5996 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5997 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5998 are available in a particular run.
5999
6000 @item
6001 The preparation statements, a string containing zero or more C
6002 statements which are to be executed before RTL code is generated from
6003 the RTL template.
6004
6005 Usually these statements prepare temporary registers for use as
6006 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
6007 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
6008 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
6009 @end itemize
6010
6011 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
6012 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
6013 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
6014 it.
6015
6016 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
6017 also describes the operands that need to be specified when this pattern
6018 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
6019
6020 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
6021 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
6022 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
6023 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
6024 information to preload the operand into a register if that is required for
6025 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
6026 references should use @code{match_dup}.
6027
6028 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
6029 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
6030 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
6031 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
6032 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
6033 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
6034 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
6035 compute the values and store them into the appropriate elements of
6036 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
6037
6038 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
6039 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
6040 as a statement.
6041
6042 @table @code
6043
6044 @findex DONE
6045 @item DONE
6046 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
6047 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
6048 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
6049 preparation statements; the RTL template will not be generated.
6050
6051 @findex FAIL
6052 @item FAIL
6053 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
6054 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
6055 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
6056
6057 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
6058 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
6059 operations.
6060 @end table
6061
6062 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
6063 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
6064 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
6065 insn.
6066
6067 The RTL template is not used for matching, only for generating the
6068 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
6069 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
6070 list of operands, such as this example:
6071
6072 @smallexample
6073 @group
6074 (define_expand "addsi3"
6075   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6076    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6077    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
6078 @end group
6079 @group
6080   ""
6081   "
6082 @{
6083   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
6084   DONE;
6085 @}")
6086 @end group
6087 @end smallexample
6088
6089 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
6090
6091 @smallexample
6092 @group
6093 (define_expand "ashlsi3"
6094   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6095         (ashift:SI
6096 @end group
6097 @group
6098           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
6099           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
6100   ""
6101   "
6102 @end group
6103 @end smallexample
6104
6105 @smallexample
6106 @group
6107 @{
6108   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
6109       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
6110     FAIL;
6111 @}")
6112 @end group
6113 @end smallexample
6114
6115 @noindent
6116 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
6117 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
6118 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
6119 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
6120 library call).
6121
6122 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
6123 patterns with names, then it would be possible to use a
6124 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
6125 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
6126
6127 @smallexample
6128 (define_expand "zero_extendhisi2"
6129   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
6130         (const_int 0))
6131    (set (strict_low_part
6132           (subreg:HI
6133             (match_dup 0)
6134             0))
6135         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
6136   ""
6137   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
6138 @end smallexample
6139
6140 @noindent
6141 @findex make_safe_from
6142 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
6143 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
6144 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
6145 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
6146 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
6147 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
6148 by emitting another RTL insn.
6149
6150 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
6151 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
6152 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
6153 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
6154 on this machine.  So it must be copied into a register with
6155 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
6156
6157 @smallexample
6158 (define_expand "zero_extendhisi2"
6159   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6160         (and:SI (subreg:SI
6161                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
6162                   0)
6163                 (match_dup 2)))]
6164   ""
6165   "operands[2]
6166      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
6167 @end smallexample
6168
6169 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
6170 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
6171 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
6172 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
6173 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
6174 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
6175 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
6176 in the compiler.
6177
6178 @end ifset
6179 @ifset INTERNALS
6180 @node Insn Splitting
6181 @section Defining How to Split Instructions
6182 @cindex insn splitting
6183 @cindex instruction splitting
6184 @cindex splitting instructions
6185
6186 There are two cases where you should specify how to split a pattern
6187 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
6188 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
6189 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
6190 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
6191 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
6192 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
6193 cannot be placed into a delay slot.
6194
6195 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
6196 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
6197 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
6198 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
6199 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
6200 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
6201 scheduling.
6202
6203 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
6204 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
6205 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
6206 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
6207 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
6208 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
6209 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
6210 split the addition into two insns is machine-dependent.
6211
6212 @findex define_split
6213 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
6214 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
6215
6216 @smallexample
6217 (define_split
6218   [@var{insn-pattern}]
6219   "@var{condition}"
6220   [@var{new-insn-pattern-1}
6221    @var{new-insn-pattern-2}
6222    @dots{}]
6223   "@var{preparation-statements}")
6224 @end smallexample
6225
6226 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
6227 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
6228 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
6229 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
6230 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
6231 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
6232
6233 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
6234 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
6235 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
6236 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
6237 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
6238 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
6239 must not allocate any space in the stack frame.
6240
6241 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
6242 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6243 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6244 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6245 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6246 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6247 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6248 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6249 of those definitions.
6250
6251 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6252 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6253 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6254
6255 @smallexample
6256 (define_split
6257   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6258         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6259   ""
6260   [(set (match_dup 0)
6261         (ashift:SI (match_dup 1)
6262                    (const_int 16)))
6263    (set (match_dup 0)
6264         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6265                      (const_int 16)))]
6266   "
6267 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6268 @end smallexample
6269
6270 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6271 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6272 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6273 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6274 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6275 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6276 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6277 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6278 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6279 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6280
6281 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6282 @file{rs6000.md}:
6283
6284 @smallexample
6285 (define_split
6286   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6287         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6288                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6289   ""
6290   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6291    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6292 "
6293 @{
6294   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6295   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6296
6297   if (low & 0x8000)
6298     high++, low |= 0xffff0000;
6299
6300   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6301   operands[4] = GEN_INT (low);
6302 @}")
6303 @end smallexample
6304
6305 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6306 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6307 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6308 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6309
6310 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6311 an equality comparison of a register and a large constant:
6312
6313 @smallexample
6314 (define_split
6315   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6316         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6317                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6318    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6319   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6320    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6321        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6322   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6323    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6324   "
6325 @{
6326   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6327      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6328      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6329
6330   int c = INTVAL (operands[2]);
6331   int sextc = (c << 16) >> 16;
6332   int xorv = c ^ sextc;
6333
6334   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6335   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6336 @}")
6337 @end smallexample
6338
6339 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6340 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6341 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6342 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6343 are not valid.
6344
6345 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6346 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6347 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6348 several restriction apply.
6349
6350 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6351 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6352 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6353 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6354 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6355 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6356 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6357 it was a simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6358 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6359 forward jumps to the newly created labels.
6360
6361 @findex define_insn_and_split
6362 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6363 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6364 this:
6365
6366 @smallexample
6367 (define_insn_and_split
6368   [@var{insn-pattern}]
6369   "@var{condition}"
6370   "@var{output-template}"
6371   "@var{split-condition}"
6372   [@var{new-insn-pattern-1}
6373    @var{new-insn-pattern-2}
6374    @dots{}]
6375   "@var{preparation-statements}"
6376   [@var{insn-attributes}])
6377
6378 @end smallexample
6379
6380 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6381 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6382 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6383 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6384 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6385 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6386 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6387 from i386.md:
6388
6389 @smallexample
6390 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6391   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6392      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6393    (clobber (reg:CC 17))]
6394   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6395   "#"
6396   "&& reload_completed"
6397   [(parallel [(set (match_dup 0)
6398                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6399               (clobber (reg:CC 17))])]
6400   ""
6401   [(set_attr "type" "alu1")])
6402
6403 @end smallexample
6404
6405 In this case, the actual split condition will be
6406 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6407
6408 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6409 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6410 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6411 having to ensure the two patterns' templates match.
6412
6413 @end ifset
6414 @ifset INTERNALS
6415 @node Including Patterns
6416 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6417 @cindex insn includes
6418
6419 @findex include
6420 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6421 look for patterns that are in files other than in the file
6422 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6423
6424 It looks like:
6425
6426 @smallexample
6427
6428 (include
6429   @var{pathname})
6430 @end smallexample
6431
6432 For example:
6433
6434 @smallexample
6435
6436 (include "filestuff")
6437
6438 @end smallexample
6439
6440 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6441 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6442 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6443
6444
6445 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6446 and placed into subdirectories.
6447
6448 By specifying:
6449
6450 @smallexample
6451
6452 (include "BOGUS/filestuff")
6453
6454 @end smallexample
6455
6456 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6457
6458 Specifying an absolute path for the include file such as;
6459 @smallexample
6460
6461 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6462
6463 @end smallexample
6464 is permitted but is not encouraged.
6465
6466 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6467 @cindex directory options .md
6468 @cindex options, directory search
6469 @cindex search options
6470
6471 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6472 For example:
6473
6474 @smallexample
6475
6476 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6477
6478 @end smallexample
6479
6480
6481 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6482 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6483 file, substituting your own version, since these directories are
6484 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6485 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6486 order; the standard default directory come after.
6487
6488
6489 @end ifset
6490 @ifset INTERNALS
6491 @node Peephole Definitions
6492 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6493 @cindex peephole optimizer definitions
6494 @cindex defining peephole optimizers
6495
6496 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6497 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6498
6499 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6500 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6501 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6502 though the second one does not appear to use a register computed in the
6503 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6504 opportunities.
6505
6506 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6507 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6508 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6509 is deprecated.
6510
6511 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6512 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6513 but before scheduling, which may result in much better code for
6514 targets that do scheduling.
6515
6516 @menu
6517 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6518 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6519 @end menu
6520
6521 @end ifset
6522 @ifset INTERNALS
6523 @node define_peephole
6524 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6525 @findex define_peephole
6526
6527 @need 1000
6528 A definition looks like this:
6529
6530 @smallexample
6531 (define_peephole
6532   [@var{insn-pattern-1}
6533    @var{insn-pattern-2}
6534    @dots{}]
6535   "@var{condition}"
6536   "@var{template}"
6537   "@var{optional-insn-attributes}")
6538 @end smallexample
6539
6540 @noindent
6541 The last string operand may be omitted if you are not using any
6542 machine-specific information in this machine description.  If present,
6543 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6544
6545 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6546 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6547 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6548 the next, and so on.
6549
6550 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6551 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6552 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6553 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6554 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6555 stages.
6556
6557 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6558 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6559 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6560 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6561 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6562 other.
6563
6564 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6565 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6566 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6567 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6568 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6569
6570 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6571 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6572 previously tested.
6573
6574 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6575 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6576 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6577 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6578 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6579 patterns.
6580
6581 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6582 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6583 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6584 the operands.
6585
6586 @findex prev_active_insn
6587 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6588 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6589 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6590 to refer to the last of the insns being matched; use
6591 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6592
6593 @findex dead_or_set_p
6594 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6595 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6596 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6597 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6598 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6599 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6600 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6601
6602 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6603 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6604 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6605 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6606 used in matching the original sequence of insns.
6607
6608 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6609 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6610 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6611 as the insn pattern to control how the insn is output.
6612
6613 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6614 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6615
6616 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6617
6618 @smallexample
6619 (define_peephole
6620   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6621    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6622         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6623   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6624 @{
6625   rtx xoperands[2];
6626   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6627 #ifdef MOTOROLA
6628   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6629   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6630   return "fmove.d (sp)+,%0";
6631 #else
6632   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6633   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6634   return "fmoved sp@@+,%0";
6635 #endif
6636 @})
6637 @end smallexample
6638
6639 @need 1000
6640 The effect of this optimization is to change
6641
6642 @smallexample
6643 @group
6644 jbsr _foobar
6645 addql #4,sp
6646 movel d1,sp@@-
6647 movel d0,sp@@-
6648 fmoved sp@@+,fp0
6649 @end group
6650 @end smallexample
6651
6652 @noindent
6653 into
6654
6655 @smallexample
6656 @group
6657 jbsr _foobar
6658 movel d1,sp@@
6659 movel d0,sp@@-
6660 fmoved sp@@+,fp0
6661 @end group
6662 @end smallexample
6663
6664 @ignore
6665 @findex CC_REVERSED
6666 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6667 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6668 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6669 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6670 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6671 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6672 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6673 and in this C code check the condition code status flags and change the
6674 assembler code as appropriate.
6675 @end ignore
6676
6677 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6678 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6679 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6680 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6681 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6682 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6683 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6684 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6685 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6686
6687 @smallexample
6688 (define_insn "divmodsi4"
6689   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6690         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6691                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6692    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6693         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6694   "TARGET_68020"
6695   "divsl%.l %2,%3:%0")
6696 @end smallexample
6697
6698 @noindent
6699 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6700
6701 @smallexample
6702 (define_peephole
6703   [@dots{}
6704    (parallel
6705     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6706           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6707                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6708      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6709           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6710    @dots{}]
6711   @dots{})
6712 @end smallexample
6713
6714 @end ifset
6715 @ifset INTERNALS
6716 @node define_peephole2
6717 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6718 @findex define_peephole2
6719
6720 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6721 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6722 what additional scratch registers may be needed and what their
6723 lifetimes must be.
6724
6725 @smallexample
6726 (define_peephole2
6727   [@var{insn-pattern-1}
6728    @var{insn-pattern-2}
6729    @dots{}]
6730   "@var{condition}"
6731   [@var{new-insn-pattern-1}
6732    @var{new-insn-pattern-2}
6733    @dots{}]
6734   "@var{preparation-statements}")
6735 @end smallexample
6736
6737 The definition is almost identical to @code{define_split}
6738 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6739 single instruction, but a sequence of instructions.
6740
6741 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6742 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6743 will simply not match.
6744
6745 @findex match_scratch
6746 @findex match_dup
6747 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6748 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6749 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6750 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6751 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6752 at which the register must be available.
6753
6754 Here is an example from the IA-32 machine description:
6755
6756 @smallexample
6757 (define_peephole2
6758   [(match_scratch:SI 2 "r")
6759    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6760                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6761                      [(match_dup 0)
6762                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6763               (clobber (reg:CC 17))])]
6764   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6765   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6766    (parallel [(set (match_dup 0)
6767                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6768               (clobber (reg:CC 17))])]
6769   "")
6770 @end smallexample
6771
6772 @noindent
6773 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6774 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6775 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6776 to be live only at the point just before the arithmetic.
6777
6778 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6779 so here's a silly made-up example:
6780
6781 @smallexample
6782 (define_peephole2
6783   [(match_scratch:SI 4 "r")
6784    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6785    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6786    (match_dup 4)
6787    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6788   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6789   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6790    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6791    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6792    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6793   "")
6794 @end smallexample
6795
6796 @noindent
6797 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6798 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6799 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6800
6801 @end ifset
6802 @ifset INTERNALS
6803 @node Insn Attributes
6804 @section Instruction Attributes
6805 @cindex insn attributes
6806 @cindex instruction attributes
6807
6808 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6809 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6810 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6811 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6812 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6813 to track the condition codes.
6814
6815 @menu
6816 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6817 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6818 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6819 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6820 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6821 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6822 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6823 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6824 @end menu
6825
6826 @end ifset
6827 @ifset INTERNALS
6828 @node Defining Attributes
6829 @subsection Defining Attributes and their Values
6830 @cindex defining attributes and their values
6831 @cindex attributes, defining
6832
6833 @findex define_attr
6834 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6835 by the target machine.  It looks like:
6836
6837 @smallexample
6838 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6839 @end smallexample
6840
6841 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6842 Some attributes are used in a special way by the rest of the compiler. The
6843 @code{enabled} attribute can be used to conditionally enable or disable
6844 insn alternatives (@pxref{Disable Insn Alternatives}). The @code{predicable}
6845 attribute, together with a suitable @code{define_cond_exec}
6846 (@pxref{Conditional Execution}), can be used to automatically generate
6847 conditional variants of instruction patterns. The compiler internally uses
6848 the names @code{ce_enabled} and @code{nonce_enabled}, so they should not be
6849 used elsewhere as alternative names.
6850
6851 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6852 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6853 indicate that the attribute takes numeric values.
6854
6855 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6856 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6857 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6858 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6859 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6860
6861 @findex insn-attr.h
6862 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6863 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6864 specified for an attribute, the following are defined:
6865
6866 @itemize @bullet
6867 @item
6868 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6869
6870 @item
6871 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6872 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6873 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6874
6875 @item
6876 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6877 returns the attribute value for that insn.
6878 @end itemize
6879
6880 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6881
6882 @smallexample
6883 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6884 @end smallexample
6885
6886 @noindent
6887 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6888
6889 @smallexample
6890 #define HAVE_ATTR_type
6891 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6892                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6893 extern enum attr_type get_attr_type ();
6894 @end smallexample
6895
6896 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6897 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6898 @code{int}.
6899
6900 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6901 attributes are not free to use for other purposes:
6902
6903 @table @code
6904 @item length
6905 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6906 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6907 distances. @xref{Insn Lengths}.
6908
6909 @item enabled
6910 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6911 alternatives of an insn definition from being used during code
6912 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6913 @end table
6914
6915 @findex define_enum_attr
6916 @anchor{define_enum_attr}
6917 Another way of defining an attribute is to use:
6918
6919 @smallexample
6920 (define_enum_attr "@var{attr}" "@var{enum}" @var{default})
6921 @end smallexample
6922
6923 This works in just the same way as @code{define_attr}, except that
6924 the list of values is taken from a separate enumeration called
6925 @var{enum} (@pxref{define_enum}).  This form allows you to use
6926 the same list of values for several attributes without having to
6927 repeat the list each time.  For example:
6928
6929 @smallexample
6930 (define_enum "processor" [
6931   model_a
6932   model_b
6933   @dots{}
6934 ])
6935 (define_enum_attr "arch" "processor"
6936   (const (symbol_ref "target_arch")))
6937 (define_enum_attr "tune" "processor"
6938   (const (symbol_ref "target_tune")))
6939 @end smallexample
6940
6941 defines the same attributes as:
6942
6943 @smallexample
6944 (define_attr "arch" "model_a,model_b,@dots{}"
6945   (const (symbol_ref "target_arch")))
6946 (define_attr "tune" "model_a,model_b,@dots{}"
6947   (const (symbol_ref "target_tune")))
6948 @end smallexample
6949
6950 but without duplicating the processor list.  The second example defines two
6951 separate C enums (@code{attr_arch} and @code{attr_tune}) whereas the first
6952 defines a single C enum (@code{processor}).
6953 @end ifset
6954 @ifset INTERNALS
6955 @node Expressions
6956 @subsection Attribute Expressions
6957 @cindex attribute expressions
6958
6959 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6960 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6961 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6962
6963 @table @code
6964 @cindex @code{const_int} and attributes
6965 @item (const_int @var{i})
6966 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6967 must be non-negative.
6968
6969 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6970 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6971 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6972 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6973 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6974
6975 @cindex @code{const_string} and attributes
6976 @item (const_string @var{value})
6977 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6978 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6979 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6980 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6981 of a @code{define_attr}.
6982
6983 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6984 must be a string containing a non-negative integer (normally
6985 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6986 contain one of the valid values for the attribute.
6987
6988 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6989 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6990 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6991 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6992 otherwise it is @var{false-value}.
6993
6994 @cindex @code{cond} and attributes
6995 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6996 The first operand of this expression is a vector containing an even
6997 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6998 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6999 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
7000 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
7001 expression is that of the @var{default} expression.
7002 @end table
7003
7004 @var{test} expressions can have one of the following forms:
7005
7006 @table @code
7007 @cindex @code{const_int} and attribute tests
7008 @item (const_int @var{i})
7009 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
7010
7011 @cindex @code{not} and attributes
7012 @cindex @code{ior} and attributes
7013 @cindex @code{and} and attributes
7014 @item (not @var{test})
7015 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
7016 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
7017 These tests are true if the indicated logical function is true.
7018
7019 @cindex @code{match_operand} and attributes
7020 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
7021 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
7022 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
7023 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
7024 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
7025 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
7026 string).
7027
7028 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
7029
7030 @cindex @code{le} and attributes
7031 @cindex @code{leu} and attributes
7032 @cindex @code{lt} and attributes
7033 @cindex @code{gt} and attributes
7034 @cindex @code{gtu} and attributes
7035 @cindex @code{ge} and attributes
7036 @cindex @code{geu} and attributes
7037 @cindex @code{ne} and attributes
7038 @cindex @code{eq} and attributes
7039 @cindex @code{plus} and attributes
7040 @cindex @code{minus} and attributes
7041 @cindex @code{mult} and attributes
7042 @cindex @code{div} and attributes
7043 @cindex @code{mod} and attributes
7044 @cindex @code{abs} and attributes
7045 @cindex @code{neg} and attributes
7046 @cindex @code{ashift} and attributes
7047 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
7048 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
7049 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
7050 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
7051 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
7052 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
7053 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
7054 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
7055 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
7056 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
7057 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
7058 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
7059 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
7060 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
7061 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
7062 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
7063 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
7064
7065 @findex get_attr
7066 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
7067 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
7068 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
7069 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
7070 variable.
7071
7072 @findex eq_attr
7073 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
7074 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
7075
7076 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
7077 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
7078 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
7079 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
7080 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
7081 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
7082 @emph{not} in the specified list.
7083
7084 For example,
7085
7086 @smallexample
7087 (eq_attr "type" "load,store")
7088 @end smallexample
7089
7090 @noindent
7091 is equivalent to
7092
7093 @smallexample
7094 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
7095 @end smallexample
7096
7097 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
7098 value of the compiler variable @code{which_alternative}
7099 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
7100 example,
7101
7102 @smallexample
7103 (eq_attr "alternative" "2,3")
7104 @end smallexample
7105
7106 @noindent
7107 is equivalent to
7108
7109 @smallexample
7110 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
7111      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
7112 @end smallexample
7113
7114 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
7115 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
7116 a particular pattern.  This is by far the most common case.
7117
7118 @findex attr_flag
7119 @item (attr_flag @var{name})
7120 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
7121 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
7122 scheduled.
7123
7124 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
7125 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
7126 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
7127 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
7128 if a conditional branch is expected to be taken.
7129
7130 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
7131 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
7132
7133 This example describes a conditional branch delay slot which
7134 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
7135 for backward branches which are not taken (annul-false).
7136
7137 @smallexample
7138 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
7139   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
7140    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7141         (attr_flag "forward"))
7142    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
7143         (attr_flag "backward"))])
7144 @end smallexample
7145
7146 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
7147 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7148
7149 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
7150 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7151 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
7152 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
7153
7154 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
7155 meaning to other passes of the compiler.
7156
7157 @findex attr
7158 @item (attr @var{name})
7159 The value of another attribute is returned.  This is most useful
7160 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
7161 produce more efficient code for non-numeric attributes.
7162 @end table
7163
7164 @end ifset
7165 @ifset INTERNALS
7166 @node Tagging Insns
7167 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
7168 @cindex tagging insns
7169 @cindex assigning attribute values to insns
7170
7171 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
7172 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
7173 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
7174 have an optional last argument to specify the values of attributes for
7175 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
7176 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
7177 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
7178 permits the specification of the values for only one or two attributes
7179 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
7180 next section.
7181
7182 The optional last argument of @code{define_insn} and
7183 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
7184 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
7185 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
7186 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
7187 second operand of the @code{set} is an attribute expression
7188 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
7189
7190 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
7191 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
7192 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
7193 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
7194 each alternative.
7195
7196 @findex set_attr
7197 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
7198 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
7199 specifying a string giving either a single attribute value or a list
7200 of attribute values, one for each alternative.
7201
7202 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
7203 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
7204
7205 @table @code
7206 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
7207 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
7208 or a string containing a comma-separated list giving the values for
7209 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
7210 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
7211
7212 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
7213 which case the attribute will assume its default value for insns matching
7214 that alternative.
7215
7216 @findex set_attr_alternative
7217 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
7218 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
7219 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
7220 tests on the @samp{alternative} attribute.
7221
7222 @findex attr
7223 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
7224 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
7225 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
7226 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
7227 @end table
7228
7229 The following shows three different ways of representing the same
7230 attribute value specification:
7231
7232 @smallexample
7233 (set_attr "type" "load,store,arith")
7234
7235 (set_attr_alternative "type"
7236                       [(const_string "load") (const_string "store")
7237                        (const_string "arith")])
7238
7239 (set (attr "type")
7240      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
7241             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
7242            (const_string "arith")))
7243 @end smallexample
7244
7245 @need 1000
7246 @findex define_asm_attributes
7247 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
7248 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
7249 statement.  It has the form:
7250
7251 @smallexample
7252 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
7253 @end smallexample
7254
7255 @noindent
7256 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
7257 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
7258
7259 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
7260 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
7261
7262 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
7263 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
7264 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
7265 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
7266 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
7267 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
7268 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
7269 of a single machine instruction.
7270
7271 @end ifset
7272 @ifset INTERNALS
7273 @node Attr Example
7274 @subsection Example of Attribute Specifications
7275 @cindex attribute specifications example
7276 @cindex attribute specifications
7277
7278 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
7279 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
7280 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
7281 value.  This attribute is normally used only to define the default value
7282 for other attributes.  An example will clarify this usage.
7283
7284 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
7285 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
7286 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
7287 operations, floating point operations, and branches.
7288
7289 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7290 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7291 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7292 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7293 changed if the item previously set into the condition code has been
7294 modified.
7295
7296 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7297
7298 @smallexample
7299 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7300
7301 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7302              (cond [(eq_attr "type" "load")
7303                         (const_string "change0")
7304                     (eq_attr "type" "store,branch")
7305                         (const_string "unchanged")
7306                     (eq_attr "type" "arith")
7307                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7308                                       (const_string "set")
7309                                       (const_string "clobber"))]
7310                    (const_string "clobber")))
7311
7312 (define_insn ""
7313   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7314         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7315   ""
7316   "@@
7317    move %0,%1
7318    load %0,%1
7319    store %0,%1"
7320   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7321 @end smallexample
7322
7323 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7324 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7325 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7326 full-word result.
7327
7328 @end ifset
7329 @ifset INTERNALS
7330 @node Insn Lengths
7331 @subsection Computing the Length of an Insn
7332 @cindex insn lengths, computing
7333 @cindex computing the length of an insn
7334
7335 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7336 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7337 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7338 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7339 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7340 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7341
7342 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7343 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7344
7345 @table @code
7346 @cindex @code{match_dup} and attributes
7347 @item (match_dup @var{n})
7348 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7349 must be a @code{label_ref}.
7350
7351 @cindex @code{pc} and attributes
7352 @item (pc)
7353 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7354 been more consistent with other usage to make this the address of the
7355 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7356 current insn is to be computed.
7357 @end table
7358
7359 @cindex @code{addr_vec}, length of
7360 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7361 For normal insns, the length will be determined by value of the
7362 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7363 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7364 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7365
7366 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7367
7368 The following macros can be used to refine the length computation:
7369
7370 @table @code
7371 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7372 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7373 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7374 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7375 that contains the initially computed length of the insn and should be
7376 updated with the correct length of the insn.
7377
7378 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7379 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7380 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7381 may be required.
7382 @end table
7383
7384 @findex get_attr_length
7385 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7386 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7387 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7388 example below illustrates.
7389
7390 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7391 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7392 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7393 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7394 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7395
7396 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7397 as follows:
7398
7399 @smallexample
7400 (define_insn "jump"
7401   [(set (pc)
7402         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7403   ""
7404 @{
7405    return (get_attr_length (insn) == 4
7406            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7407 @}
7408   [(set (attr "length")
7409         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7410                       (const_int 4)
7411                       (const_int 6)))])
7412 @end smallexample
7413
7414 @end ifset
7415 @ifset INTERNALS
7416 @node Constant Attributes
7417 @subsection Constant Attributes
7418 @cindex constant attributes
7419
7420 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7421 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7422 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7423 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7424
7425 @smallexample
7426 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7427  (const
7428   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7429          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7430         (const_string "m88000"))))
7431
7432 (define_attr "memory" "fast,slow"
7433  (const
7434   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7435                 (const_string "fast")
7436                 (const_string "slow"))))
7437 @end smallexample
7438
7439 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7440 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7441 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7442 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7443 forms involving insn attributes.
7444
7445 @end ifset
7446 @ifset INTERNALS
7447 @node Delay Slots
7448 @subsection Delay Slot Scheduling
7449 @cindex delay slots, defining
7450
7451 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7452 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7453 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7454 after the instruction are executed as if they were located before it.
7455 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7456 the following instruction before the branch or call is performed.
7457
7458 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7459 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7460 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7461 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7462 annul if the branch is false are supported.
7463
7464 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7465 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7466 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7467 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7468 instruction scheduling.
7469
7470 @findex define_delay
7471 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7472 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7473
7474 @smallexample
7475 (define_delay @var{test}
7476               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7477                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7478                @dots{}])
7479 @end smallexample
7480
7481 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7482 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7483 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7484 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7485 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7486 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7487 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7488 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7489 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7490
7491 For example, in the common case where branch and call insns require
7492 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7493 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7494
7495 @smallexample
7496 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7497               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7498 @end smallexample
7499
7500 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7501 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7502 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7503 expressions are both true.
7504
7505 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7506 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7507 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7508 branch is true, we might represent this as follows:
7509
7510 @smallexample
7511 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7512    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7513     (eq_attr "type" "!branch,call")
7514     (nil)])
7515
7516 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7517               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7518                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7519 @end smallexample
7520 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7521
7522 @end ifset
7523 @ifset INTERNALS
7524 @node Processor pipeline description
7525 @subsection Specifying processor pipeline description
7526 @cindex processor pipeline description
7527 @cindex processor functional units
7528 @cindex instruction latency time
7529 @cindex interlock delays
7530 @cindex data dependence delays
7531 @cindex reservation delays
7532 @cindex pipeline hazard recognizer
7533 @cindex automaton based pipeline description
7534 @cindex regular expressions
7535 @cindex deterministic finite state automaton
7536 @cindex automaton based scheduler
7537 @cindex RISC
7538 @cindex VLIW
7539
7540 To achieve better performance, most modern processors
7541 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7542 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7543 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7544 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7545 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7546 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7547 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7548 MIPS processors).
7549
7550 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7551 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7552 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7553 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7554 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7555 are not available but will be ready in given time after the
7556 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7557 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7558 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7559 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7560 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7561 means that two instructions under execution will be in need of shared
7562 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7563 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7564 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7565 processors.
7566
7567 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7568 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7569 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7570 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7571 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7572 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7573 @dfn{regular expressions}.
7574
7575 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7576 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7577 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7578 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7579 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7580 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7581 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7582 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7583 furthermore, its speed is not dependent on processor
7584 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7585 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7586 can split orthogonal parts of the machine description among several
7587 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7588 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7589
7590 @cindex automaton based pipeline description
7591 The rest of this section describes the directives that constitute
7592 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7593 these constructions within the machine description file is not
7594 important.
7595
7596 @findex define_automaton
7597 @cindex pipeline hazard recognizer
7598 The following optional construction describes names of automata
7599 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7600 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7601 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7602 units to the automata, the total size of the automata is usually
7603 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7604 construction, only one finite state automaton is generated.
7605
7606 @smallexample
7607 (define_automaton @var{automata-names})
7608 @end smallexample
7609
7610 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7611 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7612 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7613 @code{define_query_cpu_unit}.
7614
7615 @findex define_cpu_unit
7616 @cindex processor functional units
7617 Each processor functional unit used in the description of instruction
7618 reservations should be described by the following construction.
7619
7620 @smallexample
7621 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7622 @end smallexample
7623
7624 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7625 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7626 for other goals.
7627
7628 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7629 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7630 construction @code{define_automaton}.  You should give
7631 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7632
7633 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7634 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7635 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7636 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7637 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7638 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7639 description of the subsequent constructions.
7640
7641 @findex define_query_cpu_unit
7642 @cindex querying function unit reservations
7643 The following construction describes CPU functional units analogously
7644 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7645 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7646 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7647 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7648 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7649 @acronym{VLIW} insn templates).
7650
7651 @smallexample
7652 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7653 @end smallexample
7654
7655 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7656 separated by commas.
7657
7658 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7659 which the unit is bound.
7660
7661 @findex define_insn_reservation
7662 @cindex instruction latency time
7663 @cindex regular expressions
7664 @cindex data bypass
7665 The following construction is the major one to describe pipeline
7666 characteristics of an instruction.
7667
7668 @smallexample
7669 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7670                          @var{condition} @var{regexp})
7671 @end smallexample
7672
7673 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7674 instruction.  There is an important difference between the old
7675 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7676 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7677 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7678 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7679 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7680 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7681 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7682 change the default costs for any description by using the target hook
7683 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7684
7685 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7686 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7687 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7688 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7689 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7690
7691 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7692 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7693 @var{condition} for two or more different
7694 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7695 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7696 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7697 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7698 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7699 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7700 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7701 recognizer considerably.
7702
7703 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7704 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7705 expression according to the following syntax:
7706
7707 @smallexample
7708        regexp = regexp "," oneof
7709               | oneof
7710
7711        oneof = oneof "|" allof
7712              | allof
7713
7714        allof = allof "+" repeat
7715              | repeat
7716
7717        repeat = element "*" number
7718               | element
7719
7720        element = cpu_function_unit_name
7721                | reservation_name
7722                | result_name
7723                | "nothing"
7724                | "(" regexp ")"
7725 @end smallexample
7726
7727 @itemize @bullet
7728 @item
7729 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7730 the reservation.
7731
7732 @item
7733 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7734 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7735 regular expression @strong{or} etc.
7736
7737 @item
7738 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7739 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7740 second regular expression @strong{and} etc.
7741
7742 @item
7743 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7744 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7745 advancing (see @samp{,}).
7746
7747 @item
7748 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7749 functional unit.
7750
7751 @item
7752 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7753 @samp{define_reservation}.
7754
7755 @item
7756 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7757 @end itemize
7758
7759 @findex define_reservation
7760 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7761 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7762 the common part by the following construction
7763
7764 @smallexample
7765 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7766 @end smallexample
7767
7768 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7769 Functional unit names and reservation names are in the same name
7770 space.  So the reservation names should be different from the
7771 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7772
7773 @findex define_bypass
7774 @cindex instruction latency time
7775 @cindex data bypass
7776 The following construction is used to describe exceptions in the
7777 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7778
7779 @smallexample
7780 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7781                [@var{guard}])
7782 @end smallexample
7783
7784 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7785 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7786 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7787 the string are separated by commas.
7788
7789 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7790 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7791 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7792 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7793 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7794 of insn @samp{store} (not a stored value).
7795
7796 If there are more one bypass with the same output and input insns, the
7797 chosen bypass is the first bypass with a guard in description whose
7798 guard function returns nonzero.  If there is no such bypass, then
7799 bypass without the guard function is chosen.
7800
7801 @findex exclusion_set
7802 @findex presence_set
7803 @findex final_presence_set
7804 @findex absence_set
7805 @findex final_absence_set
7806 @cindex VLIW
7807 @cindex RISC
7808 The following five constructions are usually used to describe
7809 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7810 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7811 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7812
7813 @smallexample
7814 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7815 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7816 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7817 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7818 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7819 @end smallexample
7820
7821 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7822 separated by commas.
7823
7824 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7825 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7826 separated by white-spaces.
7827
7828 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7829 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7830 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7831 example, the construction is useful for describing processors
7832 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7833 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7834 point insns or only double floating point insns.
7835
7836 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7837 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7838 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7839 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7840 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7841 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7842 construction
7843
7844 @smallexample
7845 (presence_set "slot1" "slot0")
7846 @end smallexample
7847
7848 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7849 reservation.  In this case we could write
7850
7851 @smallexample
7852 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7853 @end smallexample
7854
7855 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7856 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7857 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7858 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7859 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7860 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7861 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7862 done on the result reservation.  This construction is useful to
7863 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7864 For example, if we use
7865
7866 @smallexample
7867 (presence_set "slot1" "slot0")
7868 @end smallexample
7869
7870 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7871 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7872
7873 @smallexample
7874 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7875 @end smallexample
7876
7877 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7878
7879 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7880 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7881 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7882 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7883 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a
7884 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7885 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7886 can be described as:
7887
7888 @smallexample
7889 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7890 @end smallexample
7891
7892 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7893 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7894 this case we could write
7895
7896 @smallexample
7897 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7898 @end smallexample
7899
7900 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7901 automaton.
7902
7903 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7904 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7905 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7906
7907 @findex automata_option
7908 @cindex deterministic finite state automaton
7909 @cindex nondeterministic finite state automaton
7910 @cindex finite state automaton minimization
7911 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7912 the following construction.
7913
7914 @smallexample
7915 (automata_option @var{options})
7916 @end smallexample
7917
7918 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7919 code.  Currently there are the following options:
7920
7921 @itemize @bullet
7922 @item
7923 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7924 only worth to do when we are debugging the description and need to
7925 look more accurately at reservations of states.
7926
7927 @item
7928 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7929 automata.
7930
7931 @item
7932 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7933 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7934
7935 @item
7936 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7937 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7938 verification and debugging.
7939
7940 @item
7941 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7942 non-critical errors.
7943
7944 @item
7945 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7946 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7947 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7948 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7949 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7950 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7951
7952 @item
7953 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7954 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7955 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7956 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7957 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7958 huge automaton.
7959 @end itemize
7960
7961 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7962 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7963 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7964 the following functional units.
7965
7966 @smallexample
7967 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7968 (define_cpu_unit "port0, port1")
7969 @end smallexample
7970
7971 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7972 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7973 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7974 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7975 multiplication insns can be executed only in the second integer
7976 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7977 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7978 integer division insn can not be issued until the current division
7979 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7980 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7981 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7982 incurred.  To describe all of this we could specify
7983
7984 @smallexample
7985 (define_cpu_unit "div")
7986
7987 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7988                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7989
7990 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7991                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7992
7993 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7994                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7995
7996 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7997                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7998
7999 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
8000 @end smallexample
8001
8002 To simplify the description we could describe the following reservation
8003
8004 @smallexample
8005 (define_reservation "finish" "port0|port1")
8006 @end smallexample
8007
8008 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
8009 construction
8010
8011 @smallexample
8012 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
8013                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
8014 @end smallexample
8015
8016
8017 @end ifset
8018 @ifset INTERNALS
8019 @node Conditional Execution
8020 @section Conditional Execution
8021 @cindex conditional execution
8022 @cindex predication
8023
8024 A number of architectures provide for some form of conditional
8025 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
8026 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
8027 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
8028 can be quite tedious to describe these forms directly in the
8029 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
8030
8031 @findex define_cond_exec
8032 @smallexample
8033 (define_cond_exec
8034   [@var{predicate-pattern}]
8035   "@var{condition}"
8036   "@var{output-template}")
8037 @end smallexample
8038
8039 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
8040 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
8041 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
8042 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
8043 alternative.
8044
8045 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
8046 pattern to match.
8047
8048 @findex current_insn_predicate
8049 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
8050 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
8051 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
8052 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
8053 In order to handle the general case, there is a global variable
8054 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
8055 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
8056
8057 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
8058 the @code{predicable} instruction attribute is made.
8059 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be a boolean (i.e.@: have
8060 exactly two elements in its @var{list-of-values}), with the possible
8061 values being @code{no} and @code{yes}.  The default and all uses in
8062 the insns must be a simple constant, not a complex expressions.  It
8063 may, however, depend on the alternative, by using a comma-separated
8064 list of values.  If that is the case, the port should also define an
8065 @code{enabled} attribute (@pxref{Disable Insn Alternatives}), which
8066 should also allow only @code{no} and @code{yes} as its values.
8067
8068 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
8069 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
8070 generated that matches a predicated version of the instruction.
8071 For example,
8072
8073 @smallexample
8074 (define_insn "addsi"
8075   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8076         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8077                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
8078   "@var{test1}"
8079   "add %2,%1,%0")
8080
8081 (define_cond_exec
8082   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
8083        (const_int 0))]
8084   "@var{test2}"
8085   "(%0)")
8086 @end smallexample
8087
8088 @noindent
8089 generates a new pattern
8090
8091 @smallexample
8092 (define_insn ""
8093   [(cond_exec
8094      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
8095      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
8096           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
8097                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
8098   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
8099   "(%3) add %2,%1,%0")
8100 @end smallexample
8101
8102 @end ifset
8103 @ifset INTERNALS
8104 @node Constant Definitions
8105 @section Constant Definitions
8106 @cindex constant definitions
8107 @findex define_constants
8108
8109 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
8110 can be a maintenance problem.
8111
8112 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
8113 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
8114 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
8115 if the corresponding value had been written instead.  You may use
8116 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
8117 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
8118 a different value.
8119
8120 To come back to the a29k load multiple example, instead of
8121
8122 @smallexample
8123 (define_insn ""
8124   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8125      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8126            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8127       (use (reg:SI 179))
8128       (clobber (reg:SI 179))])]
8129   ""
8130   "loadm 0,0,%1,%2")
8131 @end smallexample
8132
8133 You could write:
8134
8135 @smallexample
8136 (define_constants [
8137     (R_BP 177)
8138     (R_FC 178)
8139     (R_CR 179)
8140     (R_Q  180)
8141 ])
8142
8143 (define_insn ""
8144   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
8145      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
8146            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
8147       (use (reg:SI R_CR))
8148       (clobber (reg:SI R_CR))])]
8149   ""
8150   "loadm 0,0,%1,%2")
8151 @end smallexample
8152
8153 The constants that are defined with a define_constant are also output
8154 in the insn-codes.h header file as #defines.
8155
8156 @cindex enumerations
8157 @findex define_c_enum
8158 You can also use the machine description file to define enumerations.
8159 Like the constants defined by @code{define_constant}, these enumerations
8160 are visible to both the machine description file and the main C code.
8161
8162 The syntax is as follows:
8163
8164 @smallexample
8165 (define_c_enum "@var{name}" [
8166   @var{value0}
8167   @var{value1}
8168   @dots{}
8169   @var{valuen}
8170 ])
8171 @end smallexample
8172
8173 This definition causes the equivalent of the following C code to appear
8174 in @file{insn-constants.h}:
8175
8176 @smallexample
8177 enum @var{name} @{
8178   @var{value0} = 0,
8179   @var{value1} = 1,
8180   @dots{}
8181   @var{valuen} = @var{n}
8182 @};
8183 #define NUM_@var{cname}_VALUES (@var{n} + 1)
8184 @end smallexample
8185
8186 where @var{cname} is the capitalized form of @var{name}.
8187 It also makes each @var{valuei} available in the machine description
8188 file, just as if it had been declared with:
8189
8190 @smallexample
8191 (define_constants [(@var{valuei} @var{i})])
8192 @end smallexample
8193
8194 Each @var{valuei} is usually an upper-case identifier and usually
8195 begins with @var{cname}.
8196
8197 You can split the enumeration definition into as many statements as
8198 you like.  The above example is directly equivalent to:
8199
8200 @smallexample
8201 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value0}])
8202 (define_c_enum "@var{name}" [@var{value1}])
8203 @dots{}
8204 (define_c_enum "@var{name}" [@var{valuen}])
8205 @end smallexample
8206
8207 Splitting the enumeration helps to improve the modularity of each
8208 individual @code{.md} file.  For example, if a port defines its
8209 synchronization instructions in a separate @file{sync.md} file,
8210 it is convenient to define all synchronization-specific enumeration
8211 values in @file{sync.md} rather than in the main @file{.md} file.
8212
8213 Some enumeration names have special significance to GCC:
8214
8215 @table @code
8216 @item unspecv
8217 @findex unspec_volatile
8218 If an enumeration called @code{unspecv} is defined, GCC will use it
8219 when printing out @code{unspec_volatile} expressions.  For example:
8220
8221 @smallexample
8222 (define_c_enum "unspecv" [
8223   UNSPECV_BLOCKAGE
8224 ])
8225 @end smallexample
8226
8227 causes GCC to print @samp{(unspec_volatile @dots{} 0)} as:
8228
8229 @smallexample
8230 (unspec_volatile ... UNSPECV_BLOCKAGE)
8231 @end smallexample
8232
8233 @item unspec
8234 @findex unspec
8235 If an enumeration called @code{unspec} is defined, GCC will use
8236 it when printing out @code{unspec} expressions.  GCC will also use
8237 it when printing out @code{unspec_volatile} expressions unless an
8238 @code{unspecv} enumeration is also defined.  You can therefore
8239 decide whether to keep separate enumerations for volatile and
8240 non-volatile expressions or whether to use the same enumeration
8241 for both.
8242 @end table
8243
8244 @findex define_enum
8245 @anchor{define_enum}
8246 Another way of defining an enumeration is to use @code{define_enum}:
8247
8248 @smallexample
8249 (define_enum "@var{name}" [
8250   @var{value0}
8251   @var{value1}
8252   @dots{}
8253   @var{valuen}
8254 ])
8255 @end smallexample
8256
8257 This directive implies:
8258
8259 @smallexample
8260 (define_c_enum "@var{name}" [
8261   @var{cname}_@var{cvalue0}
8262   @var{cname}_@var{cvalue1}
8263   @dots{}
8264   @var{cname}_@var{cvaluen}
8265 ])
8266 @end smallexample
8267
8268 @findex define_enum_attr
8269 where @var{cvaluei} is the capitalized form of @var{valuei}.
8270 However, unlike @code{define_c_enum}, the enumerations defined
8271 by @code{define_enum} can be used in attribute specifications
8272 (@pxref{define_enum_attr}).
8273 @end ifset
8274 @ifset INTERNALS
8275 @node Iterators
8276 @section Iterators
8277 @cindex iterators in @file{.md} files
8278
8279 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
8280 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
8281 facilities to make this process easier.
8282
8283 @menu
8284 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
8285 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
8286 @end menu
8287
8288 @node Mode Iterators
8289 @subsection Mode Iterators
8290 @cindex mode iterators in @file{.md} files
8291
8292 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
8293 For example:
8294
8295 @itemize @bullet
8296 @item
8297 If a processor has hardware support for both single and double
8298 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
8299 very similar to the @code{DFmode} ones.
8300
8301 @item
8302 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
8303 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
8304 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
8305 @end itemize
8306
8307 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
8308 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
8309 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
8310 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
8311
8312 @menu
8313 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
8314 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
8315 * Examples::                Examples
8316 @end menu
8317
8318 @node Defining Mode Iterators
8319 @subsubsection Defining Mode Iterators
8320 @findex define_mode_iterator
8321
8322 The syntax for defining a mode iterator is:
8323
8324 @smallexample
8325 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
8326 @end smallexample
8327
8328 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
8329 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
8330 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
8331 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
8332 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
8333 C condition will also require that @var{condi} be true.
8334
8335 For example:
8336
8337 @smallexample
8338 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8339 @end smallexample
8340
8341 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
8342 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
8343 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
8344 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
8345 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
8346
8347 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
8348 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
8349 to @code{@var{mode}}.  For example:
8350
8351 @smallexample
8352 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8353 @end smallexample
8354
8355 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
8356 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
8357
8358 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
8359 significant if two iterators are used in a construct that requires
8360 substitutions.  @xref{Substitutions}.
8361
8362 @node Substitutions
8363 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
8364 @findex define_mode_attr
8365
8366 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
8367 construct will often need slightly different strings or modes.  For
8368 example:
8369
8370 @itemize @bullet
8371 @item
8372 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
8373 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
8374 appropriate mode name for @var{m}.
8375
8376 @item
8377 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
8378 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
8379
8380 @item
8381 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
8382 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
8383 mode for the other operand(s).
8384 @end itemize
8385
8386 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
8387 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
8388 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
8389 upper case.  You can define other attributes using:
8390
8391 @smallexample
8392 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
8393 @end smallexample
8394
8395 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
8396 is the value associated with @var{modei}.
8397
8398 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
8399 each string and mode in the pattern for sequences of the form
8400 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
8401 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
8402 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
8403 value.
8404
8405 For example, suppose an @file{.md} file has:
8406
8407 @smallexample
8408 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
8409 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
8410 @end smallexample
8411
8412 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
8413 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8414 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8415 @code{"ld\t%0,%1"}.
8416
8417 Here is an example of using an attribute for a mode:
8418
8419 @smallexample
8420 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8421 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8422 (define_insn @dots{}
8423   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8424 @end smallexample
8425
8426 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8427 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8428
8429 @node Examples
8430 @subsubsection Mode Iterator Examples
8431
8432 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8433 modes and attributes (among others):
8434
8435 @smallexample
8436 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8437 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8438 @end smallexample
8439
8440 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8441 and @code{subdi3}:
8442
8443 @smallexample
8444 (define_insn "sub<mode>3"
8445   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8446         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8447                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8448   ""
8449   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8450   [(set_attr "type" "arith")
8451    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8452 @end smallexample
8453
8454 This is exactly equivalent to:
8455
8456 @smallexample
8457 (define_insn "subsi3"
8458   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8459         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8460                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8461   ""
8462   "subu\t%0,%1,%2"
8463   [(set_attr "type" "arith")
8464    (set_attr "mode" "SI")])
8465
8466 (define_insn "subdi3"
8467   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8468         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8469                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8470   ""
8471   "dsubu\t%0,%1,%2"
8472   [(set_attr "type" "arith")
8473    (set_attr "mode" "DI")])
8474 @end smallexample
8475
8476 @node Code Iterators
8477 @subsection Code Iterators
8478 @cindex code iterators in @file{.md} files
8479 @findex define_code_iterator
8480 @findex define_code_attr
8481
8482 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8483
8484 The construct:
8485
8486 @smallexample
8487 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8488 @end smallexample
8489
8490 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8491 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8492 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8493
8494 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8495 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8496 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8497 @xref{Defining Mode Iterators}.
8498
8499 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8500 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8501 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8502 Other attributes are defined using:
8503
8504 @smallexample
8505 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8506 @end smallexample
8507
8508 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8509
8510 @smallexample
8511 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8512                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8513
8514 (define_expand "b<code>"
8515   [(set (pc)
8516         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8517                                    (const_int 0))
8518                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8519                       (pc)))]
8520   ""
8521 @{
8522   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8523   DONE;
8524 @})
8525 @end smallexample
8526
8527 This is equivalent to:
8528
8529 @smallexample
8530 (define_expand "bunordered"
8531   [(set (pc)
8532         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8533                                     (const_int 0))
8534                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8535                       (pc)))]
8536   ""
8537 @{
8538   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8539   DONE;
8540 @})
8541
8542 (define_expand "bordered"
8543   [(set (pc)
8544         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8545                                   (const_int 0))
8546                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8547                       (pc)))]
8548   ""
8549 @{
8550   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8551   DONE;
8552 @})
8553
8554 @dots{}
8555 @end smallexample
8556
8557 @end ifset