OSDN Git Service

* doc/extend.texi, doc/gimple.texi, doc/invoke.texi,
[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 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                         from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                         the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                         for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                         for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::  Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                          predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Iterators::           Using iterators to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
903
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
907
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
922
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
929
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
941
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
948
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
955
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
961
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
964
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
973
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
976
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
982 @{
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
986
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
989 @})
990 @end group
991 @end smallexample
992
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1005
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1009
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1015
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1024
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1029
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1037
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1046
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Disable Insn Alternatives:: Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute.
1054 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1055 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1056 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1057 @end menu
1058 @end ifset
1059
1060 @ifclear INTERNALS
1061 @menu
1062 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1063 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1064 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1065 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1066 @end menu
1067 @end ifclear
1068
1069 @node Simple Constraints
1070 @subsection Simple Constraints
1071 @cindex simple constraints
1072
1073 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1074 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1075 the letters that are allowed:
1076
1077 @table @asis
1078 @item whitespace
1079 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1080 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1081 be visually aligned in the machine description even if they have different
1082 number of constraints and modifiers.
1083
1084 @cindex @samp{m} in constraint
1085 @cindex memory references in constraints
1086 @item @samp{m}
1087 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1088 supports in general.
1089 Note that the letter used for the general memory constraint can be
1090 re-defined by a back end using the @code{TARGET_MEM_CONSTRAINT} macro.
1091
1092 @cindex offsettable address
1093 @cindex @samp{o} in constraint
1094 @item @samp{o}
1095 A memory operand is allowed, but only if the address is
1096 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1097 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1098 may be added to the address and the result is also a valid memory
1099 address.
1100
1101 @cindex autoincrement/decrement addressing
1102 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1103 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1104 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1105 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1106 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1107 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1108 addressing modes that the machine supports.
1109
1110 Note that in an output operand which can be matched by another
1111 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1112 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1113 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1114
1115 @cindex @samp{V} in constraint
1116 @item @samp{V}
1117 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1118 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1119
1120 @cindex @samp{<} in constraint
1121 @item @samp{<}
1122 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1123 postdecrement) is allowed.
1124
1125 @cindex @samp{>} in constraint
1126 @item @samp{>}
1127 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1128 postincrement) is allowed.
1129
1130 @cindex @samp{r} in constraint
1131 @cindex registers in constraints
1132 @item @samp{r}
1133 A register operand is allowed provided that it is in a general
1134 register.
1135
1136 @cindex constants in constraints
1137 @cindex @samp{i} in constraint
1138 @item @samp{i}
1139 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1140 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1141 assembly time or later.
1142
1143 @cindex @samp{n} in constraint
1144 @item @samp{n}
1145 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1146 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1147 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1148 rather than @samp{i}.
1149
1150 @cindex @samp{I} in constraint
1151 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1152 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1153 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1154 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1155 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1156 This is the range permitted as a shift count in the shift
1157 instructions.
1158
1159 @cindex @samp{E} in constraint
1160 @item @samp{E}
1161 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1162 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1163 that of the host machine (on which the compiler is running).
1164
1165 @cindex @samp{F} in constraint
1166 @item @samp{F}
1167 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1168 @code{const_vector}) is allowed.
1169
1170 @cindex @samp{G} in constraint
1171 @cindex @samp{H} in constraint
1172 @item @samp{G}, @samp{H}
1173 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1174 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1175
1176 @cindex @samp{s} in constraint
1177 @item @samp{s}
1178 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1179 allowed.
1180
1181 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1182 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1183 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1184 better code to be generated.
1185
1186 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1187 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1188 and 127, better code results from loading the value into a register and
1189 using the register.  This is because the load into the register can be
1190 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1191 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1192 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1193 constraints.
1194
1195 @cindex @samp{g} in constraint
1196 @item @samp{g}
1197 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1198 registers that are not general registers.
1199
1200 @cindex @samp{X} in constraint
1201 @item @samp{X}
1202 @ifset INTERNALS
1203 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1204 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1205 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1206 require a scratch register.
1207 @end ifset
1208 @ifclear INTERNALS
1209 Any operand whatsoever is allowed.
1210 @end ifclear
1211
1212 @cindex @samp{0} in constraint
1213 @cindex digits in constraint
1214 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1215 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1216 digit is used together with letters within the same alternative, the
1217 digit should come last.
1218
1219 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1220 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1221 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1222 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1223 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1224 can use multiple alternatives instead.
1225
1226 @cindex matching constraint
1227 @cindex constraint, matching
1228 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1229 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1230 @ifset INTERNALS
1231 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1232 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1233 @end ifset
1234 @ifclear INTERNALS
1235 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1236 two input operands and an output operand, but on most CISC
1237 @end ifclear
1238 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1239 input-output operand:
1240
1241 @smallexample
1242 addl #35,r12
1243 @end smallexample
1244
1245 Matching constraints are used in these circumstances.
1246 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1247 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1248 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1249 constraint.
1250
1251 @ifset INTERNALS
1252 For operands to match in a particular case usually means that they
1253 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1254 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1255 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1256 For proper results in such cases, the output template should always
1257 use the output-operand's number when printing the operand.
1258 @end ifset
1259
1260 @cindex load address instruction
1261 @cindex push address instruction
1262 @cindex address constraints
1263 @cindex @samp{p} in constraint
1264 @item @samp{p}
1265 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1266 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1267
1268 @findex address_operand
1269 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1270 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1271 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1272 reference for which the address would be valid.
1273
1274 @cindex other register constraints
1275 @cindex extensible constraints
1276 @item @var{other-letters}
1277 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1278 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1279 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1280 for data, address and floating point registers.
1281 @end table
1282
1283 @ifset INTERNALS
1284 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1285 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1286 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1287 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1288 done by copying an operand into a register.
1289
1290 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1291
1292 @smallexample
1293 (define_insn ""
1294   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1295         (plus:SI (match_dup 0)
1296                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1297   ""
1298   "@dots{}")
1299 @end smallexample
1300
1301 @noindent
1302 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1303
1304 @smallexample
1305 (define_insn ""
1306   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1307         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1308                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1309   ""
1310   "@dots{}")
1311 @end smallexample
1312
1313 @noindent
1314 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1315 identical.  If we are considering an insn of the form
1316
1317 @smallexample
1318 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1319   (set (reg:SI 3)
1320        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1321   @dots{})
1322 @end smallexample
1323
1324 @noindent
1325 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1326 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1327 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1328 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1329 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1330 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1331 results might look like this:
1332
1333 @smallexample
1334 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1335   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1336   @dots{})
1337
1338 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1339   (set (reg:SI 3)
1340        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1341   @dots{})
1342 @end smallexample
1343
1344 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1345 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1346 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1347 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1348 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1349 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1350 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1351 reloading any possible operand so that it will fit.
1352
1353 @itemize @bullet
1354 @item
1355 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1356 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1357
1358 For example, an operand whose constraints permit everything except
1359 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1360
1361 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1362 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1363 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1364 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1365 more selective.
1366
1367 @item
1368 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1369 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1370 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1371 compiler knows how to copy a register into another register of the
1372 proper class in order to make an instruction valid.
1373
1374 @cindex nonoffsettable memory reference
1375 @cindex memory reference, nonoffsettable
1376 @item
1377 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1378 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1379 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1380
1381 @item
1382 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1383 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1384 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1385 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1386
1387 @item
1388 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1389 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1390 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1391 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1392 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1393 objects allowed by the constraint.
1394 @end itemize
1395
1396 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1397 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1398 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1399 how to copy a register temporarily into memory.
1400
1401 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1402 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1403 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1404 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1405 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1406 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1407 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1408 @code{sign_extend}.
1409 @end ifset
1410
1411 @node Multi-Alternative
1412 @subsection Multiple Alternative Constraints
1413 @cindex multiple alternative constraints
1414
1415 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1416 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1417 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1418 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1419 another.
1420
1421 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1422 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1423 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1424 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1425 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1426 @ifset INTERNALS
1427 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1428
1429 @smallexample
1430 (define_insn "iorsi3"
1431   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1432         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1433                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1434   @dots{})
1435 @end smallexample
1436
1437 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1438 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1439 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1440 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1441 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1442 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1443 @end ifset
1444
1445 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1446 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1447 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1448 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1449 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1450 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1451 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1452
1453 @table @code
1454 @cindex @samp{?} in constraint
1455 @cindex question mark
1456 @item ?
1457 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1458 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1459 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1460 in it.
1461
1462 @cindex @samp{!} in constraint
1463 @cindex exclamation point
1464 @item !
1465 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1466 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1467 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1468 @end table
1469
1470 @ifset INTERNALS
1471 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1472 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1473 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1474 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1475 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1476 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1477 @end ifset
1478
1479 @ifset INTERNALS
1480 @node Class Preferences
1481 @subsection Register Class Preferences
1482 @cindex class preference constraints
1483 @cindex register class preference constraints
1484
1485 @cindex voting between constraint alternatives
1486 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1487 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1488 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1489 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1490 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1491 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1492 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1493 favor of a general register.  The machine description says which registers
1494 are considered general.
1495
1496 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1497 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1498 @end ifset
1499
1500 @node Modifiers
1501 @subsection Constraint Modifier Characters
1502 @cindex modifiers in constraints
1503 @cindex constraint modifier characters
1504
1505 @c prevent bad page break with this line
1506 Here are constraint modifier characters.
1507
1508 @table @samp
1509 @cindex @samp{=} in constraint
1510 @item =
1511 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1512 value is discarded and replaced by output data.
1513
1514 @cindex @samp{+} in constraint
1515 @item +
1516 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1517
1518 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1519 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1520 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1521 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1522 are assumed to be input only.
1523
1524 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1525 first character of the constraint string.
1526
1527 @cindex @samp{&} in constraint
1528 @cindex earlyclobber operand
1529 @item &
1530 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1531 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1532 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1533 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1534 address.
1535
1536 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1537 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1538 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1539 @samp{movdf} insn of the 68000.
1540
1541 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1542 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1543 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1544 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1545 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1546
1547 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1548
1549 @cindex @samp{%} in constraint
1550 @item %
1551 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1552 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1553 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1554 constraints.
1555 @ifset INTERNALS
1556 This is often used in patterns for addition instructions
1557 that really have only two operands: the result must go in one of the
1558 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1559 instruction is defined:
1560
1561 @smallexample
1562 (define_insn "addhi3"
1563   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1564      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1565               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1566   @dots{})
1567 @end smallexample
1568 @end ifset
1569 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1570 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1571 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1572 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1573 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1574 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1575 @samp{%} to make the intended insn match.
1576
1577 @cindex @samp{#} in constraint
1578 @item #
1579 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1580 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1581 register preferences.
1582
1583 @cindex @samp{*} in constraint
1584 @item *
1585 Says that the following character should be ignored when choosing
1586 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1587 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1588
1589 @ifset INTERNALS
1590 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1591 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1592 copying it into an address register.  While either kind of register is
1593 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1594 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1595 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1596 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1597 register preferences.
1598
1599 @smallexample
1600 (define_insn "extendhisi2"
1601   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1602         (sign_extend:SI
1603          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1604   @dots{})
1605 @end smallexample
1606 @end ifset
1607 @end table
1608
1609 @node Machine Constraints
1610 @subsection Constraints for Particular Machines
1611 @cindex machine specific constraints
1612 @cindex constraints, machine specific
1613
1614 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1615 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1616 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1617 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1618 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1619 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1620 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1621 immediate-constant format.
1622
1623 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1624 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1625 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1626 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1627 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1628 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1629 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1630 table heading for each architecture is the definitive reference for
1631 the meanings of that architecture's constraints.
1632
1633 @table @emph
1634 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1635 @table @code
1636 @item f
1637 Floating-point register
1638
1639 @item w
1640 VFP floating-point register
1641
1642 @item F
1643 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1644 or 10.0
1645
1646 @item G
1647 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1648 were negated
1649
1650 @item I
1651 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1652 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1653 multiple of 2
1654
1655 @item J
1656 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1657
1658 @item K
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1660
1661 @item L
1662 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1663
1664 @item M
1665 Integer in the range 0 to 32
1666
1667 @item Q
1668 A memory reference where the exact address is in a single register
1669 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1670
1671 @item R
1672 An item in the constant pool
1673
1674 @item S
1675 A symbol in the text segment of the current file
1676
1677 @item Uv
1678 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1679
1680 @item Uy
1681 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1682
1683 @item Uq
1684 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1685 @end table
1686
1687 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1688 @table @code
1689 @item l
1690 Registers from r0 to r15
1691
1692 @item a
1693 Registers from r16 to r23
1694
1695 @item d
1696 Registers from r16 to r31
1697
1698 @item w
1699 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1700
1701 @item e
1702 Pointer register (r26--r31)
1703
1704 @item b
1705 Base pointer register (r28--r31)
1706
1707 @item q
1708 Stack pointer register (SPH:SPL)
1709
1710 @item t
1711 Temporary register r0
1712
1713 @item x
1714 Register pair X (r27:r26)
1715
1716 @item y
1717 Register pair Y (r29:r28)
1718
1719 @item z
1720 Register pair Z (r31:r30)
1721
1722 @item I
1723 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1724
1725 @item J
1726 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1727
1728 @item K
1729 Constant integer 2
1730
1731 @item L
1732 Constant integer 0
1733
1734 @item M
1735 Constant that fits in 8 bits
1736
1737 @item N
1738 Constant integer @minus{}1
1739
1740 @item O
1741 Constant integer 8, 16, or 24
1742
1743 @item P
1744 Constant integer 1
1745
1746 @item G
1747 A floating point constant 0.0
1748
1749 @item R
1750 Integer constant in the range -6 @dots{} 5.
1751
1752 @item Q
1753 A memory address based on Y or Z pointer with displacement.
1754 @end table
1755
1756 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1757 @table @code
1758
1759 @item b
1760 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1761
1762 @item l
1763 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1764
1765 @item h
1766 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1767
1768 @item k
1769 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1770
1771 @item I
1772 Constant that fits in 3 bits
1773
1774 @item J
1775 Constant that fits in 4 bits
1776
1777 @item K
1778 Constant that fits in 5 bits
1779
1780 @item L
1781 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1782
1783 @item G
1784 Floating point constant that is legal for store immediate
1785 @end table
1786
1787 @item Hewlett-Packard PA-RISC---@file{config/pa/pa.h}
1788 @table @code
1789 @item a
1790 General register 1
1791
1792 @item f
1793 Floating point register
1794
1795 @item q
1796 Shift amount register
1797
1798 @item x
1799 Floating point register (deprecated)
1800
1801 @item y
1802 Upper floating point register (32-bit), floating point register (64-bit)
1803
1804 @item Z
1805 Any register
1806
1807 @item I
1808 Signed 11-bit integer constant
1809
1810 @item J
1811 Signed 14-bit integer constant
1812
1813 @item K
1814 Integer constant that can be deposited with a @code{zdepi} instruction
1815
1816 @item L
1817 Signed 5-bit integer constant
1818
1819 @item M
1820 Integer constant 0
1821
1822 @item N
1823 Integer constant that can be loaded with a @code{ldil} instruction
1824
1825 @item O
1826 Integer constant whose value plus one is a power of 2
1827
1828 @item P
1829 Integer constant that can be used for @code{and} operations in @code{depi}
1830 and @code{extru} instructions
1831
1832 @item S
1833 Integer constant 31
1834
1835 @item U
1836 Integer constant 63
1837
1838 @item G
1839 Floating-point constant 0.0
1840
1841 @item A
1842 A @code{lo_sum} data-linkage-table memory operand
1843
1844 @item Q
1845 A memory operand that can be used as the destination operand of an
1846 integer store instruction
1847
1848 @item R
1849 A scaled or unscaled indexed memory operand
1850
1851 @item T
1852 A memory operand for floating-point loads and stores
1853
1854 @item W
1855 A register indirect memory operand
1856 @end table
1857
1858 @item picoChip family---@file{picochip.h}
1859 @table @code
1860 @item k
1861 Stack register.
1862
1863 @item f
1864 Pointer register.  A register which can be used to access memory without
1865 supplying an offset.  Any other register can be used to access memory,
1866 but will need a constant offset.  In the case of the offset being zero,
1867 it is more efficient to use a pointer register, since this reduces code
1868 size.
1869
1870 @item t
1871 A twin register.  A register which may be paired with an adjacent
1872 register to create a 32-bit register.
1873
1874 @item a
1875 Any absolute memory address (e.g., symbolic constant, symbolic
1876 constant + offset).
1877
1878 @item I
1879 4-bit signed integer.
1880
1881 @item J
1882 4-bit unsigned integer.
1883
1884 @item K
1885 8-bit signed integer.
1886
1887 @item M
1888 Any constant whose absolute value is no greater than 4-bits.
1889
1890 @item N
1891 10-bit signed integer
1892
1893 @item O
1894 16-bit signed integer.
1895
1896 @end table
1897
1898 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1899 @table @code
1900 @item b
1901 Address base register
1902
1903 @item f
1904 Floating point register
1905
1906 @item v
1907 Vector register
1908
1909 @item h
1910 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1911
1912 @item q
1913 @samp{MQ} register
1914
1915 @item c
1916 @samp{CTR} register
1917
1918 @item l
1919 @samp{LINK} register
1920
1921 @item x
1922 @samp{CR} register (condition register) number 0
1923
1924 @item y
1925 @samp{CR} register (condition register)
1926
1927 @item z
1928 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1929
1930 @item I
1931 Signed 16-bit constant
1932
1933 @item J
1934 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1935 @code{SImode} constants)
1936
1937 @item K
1938 Unsigned 16-bit constant
1939
1940 @item L
1941 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1942
1943 @item M
1944 Constant larger than 31
1945
1946 @item N
1947 Exact power of 2
1948
1949 @item O
1950 Zero
1951
1952 @item P
1953 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1954
1955 @item G
1956 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1957 instruction per word
1958
1959 @item H
1960 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1961 three instructions
1962
1963 @item Q
1964 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1965 for @code{asm} statements)
1966
1967 @item Z
1968 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1969 preferable for @code{asm} statements)
1970
1971 @item R
1972 AIX TOC entry
1973
1974 @item a
1975 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1976 preferable for @code{asm} statements)
1977
1978 @item S
1979 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1980
1981 @item T
1982 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1983
1984 @item U
1985 System V Release 4 small data area reference
1986
1987 @item t
1988 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1989
1990 @item W
1991 Vector constant that does not require memory
1992
1993 @end table
1994
1995 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1996 @table @code
1997 @item R
1998 Legacy register---the eight integer registers available on all
1999 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
2000 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
2001
2002 @item q
2003 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
2004 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
2005
2006 @item Q
2007 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
2008 @code{c}, and @code{d}.
2009
2010 @ifset INTERNALS
2011 @item l
2012 Any register that can be used as the index in a base+index memory
2013 access: that is, any general register except the stack pointer.
2014 @end ifset
2015
2016 @item a
2017 The @code{a} register.
2018
2019 @item b
2020 The @code{b} register.
2021
2022 @item c
2023 The @code{c} register.
2024
2025 @item d
2026 The @code{d} register.
2027
2028 @item S
2029 The @code{si} register.
2030
2031 @item D
2032 The @code{di} register.
2033
2034 @item A
2035 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
2036 return half the result in one and half in the other).
2037
2038 @item f
2039 Any 80387 floating-point (stack) register.
2040
2041 @item t
2042 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
2043
2044 @item u
2045 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
2046
2047 @item y
2048 Any MMX register.
2049
2050 @item x
2051 Any SSE register.
2052
2053 @item Yz
2054 First SSE register (@code{%xmm0}).
2055
2056 @ifset INTERNALS
2057 @item Y2
2058 Any SSE register, when SSE2 is enabled.
2059
2060 @item Yi
2061 Any SSE register, when SSE2 and inter-unit moves are enabled.
2062
2063 @item Ym
2064 Any MMX register, when inter-unit moves are enabled.
2065 @end ifset
2066
2067 @item I
2068 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
2069
2070 @item J
2071 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
2072
2073 @item K
2074 Signed 8-bit integer constant.
2075
2076 @item L
2077 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
2078
2079 @item M
2080 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
2081
2082 @item N
2083 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
2084 instructions).
2085
2086 @ifset INTERNALS
2087 @item O
2088 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
2089 @end ifset
2090
2091 @item G
2092 Standard 80387 floating point constant.
2093
2094 @item C
2095 Standard SSE floating point constant.
2096
2097 @item e
2098 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
2099 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2100 instructions).
2101
2102 @item Z
2103 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2104 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2105 instructions).
2106
2107 @end table
2108
2109 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2110 @table @code
2111 @item a
2112 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2113
2114 @item b
2115 Branch register
2116
2117 @item c
2118 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2119
2120 @item d
2121 Application register residing in M-unit
2122
2123 @item e
2124 Application register residing in I-unit
2125
2126 @item f
2127 Floating-point register
2128
2129 @item m
2130 Memory operand.
2131 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2132 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2133 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2134
2135 @item G
2136 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2137
2138 @item I
2139 14-bit signed integer constant
2140
2141 @item J
2142 22-bit signed integer constant
2143
2144 @item K
2145 8-bit signed integer constant for logical instructions
2146
2147 @item L
2148 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2149
2150 @item M
2151 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2152
2153 @item N
2154 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2155
2156 @item O
2157 The constant zero
2158
2159 @item P
2160 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2161
2162 @item Q
2163 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2164
2165 @item R
2166 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2167
2168 @item S
2169 Memory operand except postincrement and postdecrement
2170 @end table
2171
2172 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2173 @table @code
2174 @item a
2175 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2176
2177 @item b
2178 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2179
2180 @item c
2181 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2182 @code{icc0} to @code{icc3}).
2183
2184 @item d
2185 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2186
2187 @item e
2188 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2189 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2190 mode larger than 4 bytes.
2191
2192 @item f
2193 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2194
2195 @item h
2196 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2197 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2198 mode larger than 4 bytes.
2199
2200 @item l
2201 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2202
2203 @item q
2204 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2205 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2206 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2207
2208 @item t
2209 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2210
2211 @item u
2212 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2213
2214 @item v
2215 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2216
2217 @item w
2218 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2219
2220 @item x
2221 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2222 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2223 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2224
2225 @item z
2226 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2227
2228 @item A
2229 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2230
2231 @item B
2232 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2233
2234 @item C
2235 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2236
2237 @item G
2238 Floating point constant zero
2239
2240 @item I
2241 6-bit signed integer constant
2242
2243 @item J
2244 10-bit signed integer constant
2245
2246 @item L
2247 16-bit signed integer constant
2248
2249 @item M
2250 16-bit unsigned integer constant
2251
2252 @item N
2253 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2254 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2255
2256 @item O
2257 Constant zero
2258
2259 @item P
2260 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2261 range of 1 to 2047.
2262
2263 @end table
2264
2265 @item Blackfin family---@file{config/bfin/constraints.md}
2266 @table @code
2267 @item a
2268 P register
2269
2270 @item d
2271 D register
2272
2273 @item z
2274 A call clobbered P register.
2275
2276 @item q@var{n}
2277 A single register.  If @var{n} is in the range 0 to 7, the corresponding D
2278 register.  If it is @code{A}, then the register P0.
2279
2280 @item D
2281 Even-numbered D register
2282
2283 @item W
2284 Odd-numbered D register
2285
2286 @item e
2287 Accumulator register.
2288
2289 @item A
2290 Even-numbered accumulator register.
2291
2292 @item B
2293 Odd-numbered accumulator register.
2294
2295 @item b
2296 I register
2297
2298 @item v
2299 B register
2300
2301 @item f
2302 M register
2303
2304 @item c
2305 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2306
2307 @item C
2308 The CC register.
2309
2310 @item t
2311 LT0 or LT1.
2312
2313 @item k
2314 LC0 or LC1.
2315
2316 @item u
2317 LB0 or LB1.
2318
2319 @item x
2320 Any D, P, B, M, I or L register.
2321
2322 @item y
2323 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2324 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2325
2326 @item w
2327 Any register except accumulators or CC.
2328
2329 @item Ksh
2330 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2331
2332 @item Kuh
2333 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2334
2335 @item Ks7
2336 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2337
2338 @item Ku7
2339 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2340
2341 @item Ku5
2342 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2343
2344 @item Ks4
2345 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2346
2347 @item Ks3
2348 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2349
2350 @item Ku3
2351 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2352
2353 @item P@var{n}
2354 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2355
2356 @item PA
2357 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2358 use with either accumulator.
2359
2360 @item PB
2361 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2362 use only with accumulator A1.
2363
2364 @item M1
2365 Constant 255.
2366
2367 @item M2
2368 Constant 65535.
2369
2370 @item J
2371 An integer constant with exactly a single bit set.
2372
2373 @item L
2374 An integer constant with all bits set except exactly one.
2375
2376 @item H
2377
2378 @item Q
2379 Any SYMBOL_REF.
2380 @end table
2381
2382 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2383 @table @code
2384 @item Rsp
2385 @itemx Rfb
2386 @itemx Rsb
2387 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2388
2389 @item Rcr
2390 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2391 registers are 24 bits wide)
2392
2393 @item Rcl
2394 Any control register, when they're 24 bits wide.
2395
2396 @item R0w
2397 @itemx R1w
2398 @itemx R2w
2399 @itemx R3w
2400 $r0, $r1, $r2, $r3.
2401
2402 @item R02
2403 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2404
2405 @item R13
2406 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2407
2408 @item Rdi
2409 A register that can hold a 64 bit value.
2410
2411 @item Rhl
2412 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2413
2414 @item R23
2415 $r2 or $r3
2416
2417 @item Raa
2418 Address registers
2419
2420 @item Raw
2421 Address registers when they're 16 bits wide.
2422
2423 @item Ral
2424 Address registers when they're 24 bits wide.
2425
2426 @item Rqi
2427 Registers that can hold QI values.
2428
2429 @item Rad
2430 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2431
2432 @item Rsi
2433 Registers that can hold 32 bit values.
2434
2435 @item Rhi
2436 Registers that can hold 16 bit values.
2437
2438 @item Rhc
2439 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2440 registers.
2441
2442 @item Rra
2443 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2444
2445 @item Rfl
2446 The flags register.
2447
2448 @item Rmm
2449 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2450
2451 @item Rpi
2452 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2453 bit registers for m32cm, m32c).
2454
2455 @item Rpa
2456 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2457 Used to match function return values.
2458
2459 @item Is3
2460 -8 @dots{} 7
2461
2462 @item IS1
2463 -128 @dots{} 127
2464
2465 @item IS2
2466 -32768 @dots{} 32767
2467
2468 @item IU2
2469 0 @dots{} 65535
2470
2471 @item In4
2472 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2473
2474 @item In5
2475 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2476
2477 @item In6
2478 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2479
2480 @item IM2
2481 -65536 @dots{} -1
2482
2483 @item Ilb
2484 An 8 bit value with exactly one bit set.
2485
2486 @item Ilw
2487 A 16 bit value with exactly one bit set.
2488
2489 @item Sd
2490 The common src/dest memory addressing modes.
2491
2492 @item Sa
2493 Memory addressed using $a0 or $a1.
2494
2495 @item Si
2496 Memory addressed with immediate addresses.
2497
2498 @item Ss
2499 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2500
2501 @item Sf
2502 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2503
2504 @item Ss
2505 Memory addressed using the small base register ($sb).
2506
2507 @item S1
2508 $r1h
2509 @end table
2510
2511 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2512 @table @code
2513 @item d
2514 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2515 generating MIPS16 code.
2516
2517 @item f
2518 A floating-point register (if available).
2519
2520 @item h
2521 Formerly the @code{hi} register.  This constraint is no longer supported.
2522
2523 @item l
2524 The @code{lo} register.  Use this register to store values that are
2525 no bigger than a word.
2526
2527 @item x
2528 The concatenated @code{hi} and @code{lo} registers.  Use this register
2529 to store doubleword values.
2530
2531 @item c
2532 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2533 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2534
2535 @item v
2536 Register @code{$3}.  Do not use this constraint in new code;
2537 it is retained only for compatibility with glibc.
2538
2539 @item y
2540 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2541
2542 @item z
2543 A floating-point condition code register.
2544
2545 @item I
2546 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2547
2548 @item J
2549 Integer zero.
2550
2551 @item K
2552 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2553
2554 @item L
2555 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2556 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2557
2558 @item M
2559 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2560 or @code{ori}.
2561
2562 @item N
2563 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2564
2565 @item O
2566 A signed 15-bit constant.
2567
2568 @item P
2569 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2570
2571 @item G
2572 Floating-point zero.
2573
2574 @item R
2575 An address that can be used in a non-macro load or store.
2576 @end table
2577
2578 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/constraints.md}
2579 @table @code
2580 @item a
2581 Address register
2582
2583 @item d
2584 Data register
2585
2586 @item f
2587 68881 floating-point register, if available
2588
2589 @item I
2590 Integer in the range 1 to 8
2591
2592 @item J
2593 16-bit signed number
2594
2595 @item K
2596 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2597
2598 @item L
2599 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2600
2601 @item M
2602 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2603
2604 @item N
2605 Range 24 to 31, rotatert:SI 8 to 1 expressed as rotate
2606
2607 @item O
2608 16 (for rotate using swap)
2609
2610 @item P
2611 Range 8 to 15, rotatert:HI 8 to 1 expressed as rotate
2612
2613 @item R
2614 Numbers that mov3q can handle
2615
2616 @item G
2617 Floating point constant that is not a 68881 constant
2618
2619 @item S
2620 Operands that satisfy 'm' when -mpcrel is in effect
2621
2622 @item T
2623 Operands that satisfy 's' when -mpcrel is not in effect
2624
2625 @item Q
2626 Address register indirect addressing mode
2627
2628 @item U
2629 Register offset addressing
2630
2631 @item W
2632 const_call_operand
2633
2634 @item Cs
2635 symbol_ref or const
2636
2637 @item Ci
2638 const_int
2639
2640 @item C0
2641 const_int 0
2642
2643 @item Cj
2644 Range of signed numbers that don't fit in 16 bits
2645
2646 @item Cmvq
2647 Integers valid for mvq
2648
2649 @item Capsw
2650 Integers valid for a moveq followed by a swap
2651
2652 @item Cmvz
2653 Integers valid for mvz
2654
2655 @item Cmvs
2656 Integers valid for mvs
2657
2658 @item Ap
2659 push_operand
2660
2661 @item Ac
2662 Non-register operands allowed in clr
2663
2664 @end table
2665
2666 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2667 @table @code
2668 @item a
2669 Register `a'
2670
2671 @item b
2672 Register `b'
2673
2674 @item d
2675 Register `d'
2676
2677 @item q
2678 An 8-bit register
2679
2680 @item t
2681 Temporary soft register _.tmp
2682
2683 @item u
2684 A soft register _.d1 to _.d31
2685
2686 @item w
2687 Stack pointer register
2688
2689 @item x
2690 Register `x'
2691
2692 @item y
2693 Register `y'
2694
2695 @item z
2696 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2697
2698 @item A
2699 An address register: x, y or z
2700
2701 @item B
2702 An address register: x or y
2703
2704 @item D
2705 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2706
2707 @item L
2708 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2709
2710 @item M
2711 Constants whose 16-bit low part is zero
2712
2713 @item N
2714 Constant integer 1 or @minus{}1
2715
2716 @item O
2717 Constant integer 16
2718
2719 @item P
2720 Constants in the range @minus{}8 to 2
2721
2722 @end table
2723
2724 @need 1000
2725 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2726 @table @code
2727 @item f
2728 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2729 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2730
2731 @item e
2732 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2733 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2734 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2735
2736 @item c
2737 Floating-point condition code register.
2738
2739 @item d
2740 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2741 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2742
2743 @item b
2744 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2745 when the Visual Instruction Set is available.
2746
2747 @item h
2748 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2749
2750 @item D
2751 A vector constant
2752
2753 @item I
2754 Signed 13-bit constant
2755
2756 @item J
2757 Zero
2758
2759 @item K
2760 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2761 loaded with the @code{sethi} instruction)
2762
2763 @item L
2764 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2765
2766 @item M
2767 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2768
2769 @item N
2770 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2771 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2772 modes wider than @code{SImode}
2773
2774 @item O
2775 The constant 4096
2776
2777 @item G
2778 Floating-point zero
2779
2780 @item H
2781 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2782
2783 @item Q
2784 Floating-point constant whose integral representation can
2785 be moved into an integer register using a single sethi
2786 instruction
2787
2788 @item R
2789 Floating-point constant whose integral representation can
2790 be moved into an integer register using a single mov
2791 instruction
2792
2793 @item S
2794 Floating-point constant whose integral representation can
2795 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2796 instruction sequence
2797
2798 @item T
2799 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2800
2801 @item U
2802 Even register
2803
2804 @item W
2805 Memory address for @samp{e} constraint registers
2806
2807 @item Y
2808 Vector zero
2809
2810 @end table
2811
2812 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2813 @table @code
2814 @item a
2815 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2816
2817 @item c
2818 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2819
2820 @item d
2821 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2822
2823 @item f
2824 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2825
2826 @item A
2827 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2828
2829 @item B
2830 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2831
2832 @item C
2833 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2834
2835 @item D
2836 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2837
2838 @item I
2839 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2840
2841 @item J
2842 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2843
2844 @item K
2845 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2846
2847 @item M
2848 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2849
2850 @item N
2851 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2852
2853 @item O
2854 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2855
2856 @item P
2857 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2858
2859 @item R
2860 Call operand, reg, for indirect calls 
2861
2862 @item S
2863 Call operand, symbol, for relative calls.  
2864
2865 @item T
2866 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2867
2868 @item U
2869 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2870
2871 @item W
2872 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2873
2874 @item Y
2875 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2876
2877 @item Z
2878 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2879
2880 @end table
2881
2882 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2883 @table @code
2884 @item a
2885 Address register (general purpose register except r0)
2886
2887 @item c
2888 Condition code register
2889
2890 @item d
2891 Data register (arbitrary general purpose register)
2892
2893 @item f
2894 Floating-point register
2895
2896 @item I
2897 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2898
2899 @item J
2900 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2901
2902 @item K
2903 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2904
2905 @item L
2906 Value appropriate as displacement.
2907 @table @code
2908 @item (0..4095)
2909 for short displacement
2910 @item (-524288..524287)
2911 for long displacement
2912 @end table
2913
2914 @item M
2915 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2916
2917 @item N
2918 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2919 @table @code
2920 @item 0..9:
2921 number of the part counting from most to least significant
2922 @item H,Q:
2923 mode of the part
2924 @item D,S,H:
2925 mode of the containing operand
2926 @item 0,F:
2927 value of the other parts (F---all bits set)
2928 @end table
2929 The constraint matches if the specified part of a constant
2930 has a value different from its other parts.
2931
2932 @item Q
2933 Memory reference without index register and with short displacement.
2934
2935 @item R
2936 Memory reference with index register and short displacement.
2937
2938 @item S
2939 Memory reference without index register but with long displacement.
2940
2941 @item T
2942 Memory reference with index register and long displacement.
2943
2944 @item U
2945 Pointer with short displacement.
2946
2947 @item W
2948 Pointer with long displacement.
2949
2950 @item Y
2951 Shift count operand.
2952
2953 @end table
2954
2955 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2956 @table @code
2957 @item d
2958 Registers from r0 to r32.
2959
2960 @item e
2961 Registers from r0 to r16.
2962
2963 @item t
2964 r8---r11 or r22---r27 registers.
2965
2966 @item h
2967 hi register.
2968
2969 @item l
2970 lo register.
2971
2972 @item x
2973 hi + lo register.
2974
2975 @item q
2976 cnt register.
2977
2978 @item y
2979 lcb register.
2980
2981 @item z
2982 scb register.
2983
2984 @item a
2985 cnt + lcb + scb register.
2986
2987 @item c
2988 cr0---cr15 register.
2989
2990 @item b
2991 cp1 registers.
2992
2993 @item f
2994 cp2 registers.
2995
2996 @item i
2997 cp3 registers.
2998
2999 @item j
3000 cp1 + cp2 + cp3 registers.
3001
3002 @item I
3003 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
3004
3005 @item J
3006 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
3007
3008 @item K
3009 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
3010
3011 @item L
3012 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
3013
3014 @item M
3015 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
3016
3017 @item N
3018 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
3019
3020 @item Z
3021 Any SYMBOL_REF.
3022 @end table
3023
3024 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
3025 @table @code
3026 @item a
3027 Register r0.
3028
3029 @item b
3030 Register r1.
3031
3032 @item c
3033 Register r2.
3034
3035 @item d
3036 Register r8.
3037
3038 @item e
3039 Registers r0 through r7.
3040
3041 @item t
3042 Registers r0 and r1.
3043
3044 @item y
3045 The carry register.
3046
3047 @item z
3048 Registers r8 and r9.
3049
3050 @item I
3051 A constant between 0 and 3 inclusive.
3052
3053 @item J
3054 A constant that has exactly one bit set.
3055
3056 @item K
3057 A constant that has exactly one bit clear.
3058
3059 @item L
3060 A constant between 0 and 255 inclusive.
3061
3062 @item M
3063 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
3064
3065 @item N
3066 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
3067
3068 @item O
3069 A constant between 1 and 4 inclusive.
3070
3071 @item P
3072 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
3073
3074 @item Q
3075 A memory reference that is a stack push.
3076
3077 @item R
3078 A memory reference that is a stack pop.
3079
3080 @item S
3081 A memory reference that refers to a constant address of known value.
3082
3083 @item T
3084 The register indicated by Rx (not implemented yet).
3085
3086 @item U
3087 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
3088
3089 @item Z
3090 The constant 0.
3091
3092 @end table
3093
3094 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3095 @table @code
3096 @item a
3097 General-purpose 32-bit register
3098
3099 @item b
3100 One-bit boolean register
3101
3102 @item A
3103 MAC16 40-bit accumulator register
3104
3105 @item I
3106 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3107
3108 @item J
3109 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3110
3111 @item K
3112 Integer constant valid for BccI instructions
3113
3114 @item L
3115 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3116
3117 @end table
3118
3119 @end table
3120
3121 @ifset INTERNALS
3122 @node Disable Insn Alternatives
3123 @subsection Disable insn alternatives using the @code{enabled} attribute
3124 @cindex enabled
3125
3126 The @code{enabled} insn attribute may be used to disable certain insn
3127 alternatives for machine-specific reasons.  This is useful when adding
3128 new instructions to an existing pattern which are only available for
3129 certain cpu architecture levels as specified with the @code{-march=}
3130 option.
3131
3132 If an insn alternative is disabled, then it will never be used.  The
3133 compiler treats the constraints for the disabled alternative as
3134 unsatisfiable.
3135
3136 In order to make use of the @code{enabled} attribute a back end has to add
3137 in the machine description files:
3138
3139 @enumerate
3140 @item
3141 A definition of the @code{enabled} insn attribute.  The attribute is
3142 defined as usual using the @code{define_attr} command.  This
3143 definition should be based on other insn attributes and/or target flags.
3144 The @code{enabled} attribute is a numeric attribute and should evaluate to
3145 @code{(const_int 1)} for an enabled alternative and to
3146 @code{(const_int 0)} otherwise.
3147 @item
3148 A definition of another insn attribute used to describe for what
3149 reason an insn alternative might be available or
3150 not.  E.g. @code{cpu_facility} as in the example below.
3151 @item
3152 An assignment for the second attribute to each insn definition
3153 combining instructions which are not all available under the same
3154 circumstances.  (Note: It obviously only makes sense for definitions
3155 with more than one alternative.  Otherwise the insn pattern should be
3156 disabled or enabled using the insn condition.)
3157 @end enumerate
3158
3159 E.g. the following two patterns could easily be merged using the @code{enabled}
3160 attribute:
3161
3162 @smallexample
3163
3164 (define_insn "*movdi_old"
3165   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
3166         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d"))]
3167   "!TARGET_NEW"
3168   "lgr %0,%1")
3169
3170 (define_insn "*movdi_new"
3171   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3172         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3173   "TARGET_NEW"
3174   "@@
3175    lgr  %0,%1
3176    ldgr %0,%1
3177    lgdr %0,%1")
3178
3179 @end smallexample
3180
3181 to:
3182
3183 @smallexample
3184
3185 (define_insn "*movdi_combined"
3186   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d,f,d")
3187         (match_operand:DI 1 "register_operand" " d,d,f"))]
3188   ""
3189   "@@
3190    lgr  %0,%1
3191    ldgr %0,%1
3192    lgdr %0,%1"
3193   [(set_attr "cpu_facility" "*,new,new")])
3194
3195 @end smallexample
3196
3197 with the @code{enabled} attribute defined like this:
3198
3199 @smallexample
3200
3201 (define_attr "cpu_facility" "standard,new" (const_string "standard"))
3202
3203 (define_attr "enabled" ""
3204   (cond [(eq_attr "cpu_facility" "standard") (const_int 1)
3205          (and (eq_attr "cpu_facility" "new")
3206               (ne (symbol_ref "TARGET_NEW") (const_int 0)))
3207          (const_int 1)]
3208         (const_int 0)))
3209
3210 @end smallexample
3211
3212 @end ifset
3213
3214 @ifset INTERNALS
3215 @node Define Constraints
3216 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3217 @cindex defining constraints
3218 @cindex constraints, defining
3219
3220 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3221 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3222 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3223 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3224
3225 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3226 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3227 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3228 must begin with a letter or underscore. 
3229
3230 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3231 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3232 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3233 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3234 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3235 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3236
3237 Register constraints correspond directly to register classes.
3238 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3239 definitions.
3240
3241 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3242 All three arguments are string constants.
3243 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3244 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3245 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3246 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3247 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3248 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3249 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3250 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3251 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3252 is not available on a given subarchitecture.
3253
3254 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3255 constraint.  Docstrings are explained further below.
3256 @end deffn
3257
3258 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3259 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3260 constraint matches.
3261
3262 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3263 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3264 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3265 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3266 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3267 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3268 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3269 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3270 might match, just like predicate expressions.
3271
3272 @code{match_test} C expressions have access to the
3273 following variables:
3274
3275 @table @var
3276 @item op
3277 The RTL object defining the operand.
3278 @item mode
3279 The machine mode of @var{op}.
3280 @item ival
3281 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3282 @item hval
3283 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3284 @code{const_double}.
3285 @item lval
3286 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3287 @code{const_double}.
3288 @item rval
3289 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3290 @code{const_double}.
3291 @end table
3292
3293 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3294 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3295 object.
3296 @end deffn
3297
3298 Most non-register constraints should be defined with
3299 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3300 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3301 by @code{reload} if they fail to match.
3302
3303 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3304 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3305 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3306 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3307 base register (from the register class specified by
3308 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3309
3310 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3311 memory references, but only those that do not make use of an index
3312 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3313 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3314 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3315 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3316 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3317 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3318
3319 The syntax and semantics are otherwise identical to
3320 @code{define_constraint}.
3321 @end deffn
3322
3323 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3324 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3325 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3326 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3327 with @var{X} a base register.
3328
3329 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3330 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3331 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3332 the generic @samp{p} constraint.
3333
3334 The syntax and semantics are otherwise identical to
3335 @code{define_constraint}.
3336 @end deffn
3337
3338 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3339 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3340 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3341 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3342 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3343 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3344 it correctly:
3345
3346 @smallexample
3347 @group
3348 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3349   "@var{doc}@dots{}"
3350   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3351        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3352 @end group
3353 @end smallexample
3354 @c the semicolons line up in the formatted manual
3355
3356 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3357 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3358
3359 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3360 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3361 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3362 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3363 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3364 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3365 causes a reload failure.
3366
3367 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3368 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3369 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3370 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3371
3372 @node C Constraint Interface
3373 @subsection Testing constraints from C
3374 @cindex testing constraints
3375 @cindex constraints, testing
3376
3377 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3378 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3379 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3380 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3381 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3382 may change in the future.
3383
3384 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3385 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3386 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3387 the old constraint interface that machine-independent components of
3388 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3389 future.
3390
3391 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3392 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3393 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3394 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3395 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3396
3397 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3398 @example
3399 @multitable {Original} {Mangled}
3400 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3401 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3402 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3403 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3404 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3405 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3406 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3407 @end multitable
3408 @end example
3409
3410 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3411 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3412 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3413 a larger identifier).
3414
3415 @deftp Enum constraint_num
3416 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3417 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3418 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3419 argument expect one of these constants.
3420
3421 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3422 This may change in the future.
3423 @end deftp
3424
3425 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3426 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3427 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3428 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3429 before @file{tm_p.h}.
3430 @end deftypefun
3431
3432 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3433 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3434 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3435 specifies a register constraint, this function will always return
3436 @code{false}.
3437 @end deftypefun
3438
3439 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3440 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3441 a register constraint, or those registers are not available for the
3442 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3443 @end deftypefun
3444
3445 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3446 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3447 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3448 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3449 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3450 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3451 definition from the i386 machine description.)
3452
3453 @smallexample
3454 (define_peephole2
3455   [(match_scratch:SI 3 "r")
3456    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3457         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3458                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3459
3460   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3461
3462   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3463    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3464
3465   "")
3466 @end smallexample
3467
3468 @node Standard Names
3469 @section Standard Pattern Names For Generation
3470 @cindex standard pattern names
3471 @cindex pattern names
3472 @cindex names, pattern
3473
3474 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3475 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3476 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3477 pattern to accomplish a certain task.
3478
3479 @table @asis
3480 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3481 @item @samp{mov@var{m}}
3482 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3483 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3484 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3485
3486 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3487 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3488 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3489 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3490 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3491 outside the target word are left unchanged.
3492
3493 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3494 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3495 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3496 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3497 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3498
3499 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3500 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3501 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3502 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3503 into a register.
3504
3505 @findex force_reg
3506 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3507 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3508 registers other than the operands.  For example, if you support the
3509 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3510 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3511 function which might generate new pseudo registers.
3512
3513 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3514 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3515 some temporary registers.
3516
3517 @findex change_address
3518 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3519 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3520 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3521 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3522 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3523 an address into a valid address and no routine (such as
3524 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3525 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3526
3527 @findex reload_in_progress
3528 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3529 declared if required) can be used to determine whether such special
3530 handling is required.
3531
3532 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3533 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3534 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3535 machines explicit memory references will get optional reloads.
3536
3537 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3538 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3539
3540 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3541 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3542
3543 @findex can_create_pseudo_p
3544 The macro @code{can_create_pseudo_p} can be used to determine if it
3545 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3546 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3547
3548 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3549 register to any other hard register provided that
3550 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3551 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3552
3553 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3554 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3555 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3556 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3557 point members.
3558
3559 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3560 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3561 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3562 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3563 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3564 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3565 reload into a floating point register.
3566
3567 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3568 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3569 @item @samp{reload_in@var{m}}
3570 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3571 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3572 @code{secondary_reload}.
3573
3574 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3575 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3576 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3577 macro in @pxref{Register Classes}.
3578
3579 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3580 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3581 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3582 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3583 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3584 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3585 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3586 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3587 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3588 for these patterns.
3589
3590 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3591 @item @samp{movstrict@var{m}}
3592 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3593 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3594 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3595 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3596
3597 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3598 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3599 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3600 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3601 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3602 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3603 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3604
3605 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3606 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3607
3608 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3609 @item @samp{load_multiple}
3610 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3611 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3612 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3613 number of consecutive registers.
3614
3615 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3616 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3617 registers from memory is to do them one at a time.
3618
3619 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3620 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3621 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3622 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3623 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3624
3625 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3626 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3627 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3628 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3629 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3630
3631 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3632 @item @samp{store_multiple}
3633 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3634 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3635 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3636 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3637
3638 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3639 @item @samp{vec_set@var{m}}
3640 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3641 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3642
3643 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3644 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3645 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3646 specify field index and operand 0 place to store value into.
3647
3648 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3649 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3650 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3651 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3652 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3653 The output and input vectors should have the same modes. 
3654
3655 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3656 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3657 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3658 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3659 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3660 The output and input vectors should have the same modes.
3661
3662 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3663 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3664 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3665 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3666 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3667 @code{N/2} elements of the second input vector.
3668
3669 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3670 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3671 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3672 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3673 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3674 @code{N/2} elements of the second input vector.
3675
3676 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3677 @item @samp{vec_init@var{m}}
3678 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3679 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3680
3681 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3682 @item @samp{push@var{m}1}
3683 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3684 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3685 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3686 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3687 method is deprecated.
3688
3689 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3690 @item @samp{add@var{m}3}
3691 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3692 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3693 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3694
3695 @cindex @code{ssadd@var{m}3} instruction pattern
3696 @cindex @code{usadd@var{m}3} instruction pattern
3697 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3698 @cindex @code{sssub@var{m}3} instruction pattern
3699 @cindex @code{ussub@var{m}3} instruction pattern
3700 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3701 @cindex @code{ssmul@var{m}3} instruction pattern
3702 @cindex @code{usmul@var{m}3} instruction pattern
3703 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3704 @cindex @code{ssdiv@var{m}3} instruction pattern
3705 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3706 @cindex @code{usdiv@var{m}3} instruction pattern
3707 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3708 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3709 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3710 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3711 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3712 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3713 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3714 @item @samp{ssadd@var{m}3}, @samp{usadd@var{m}3}
3715 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{sssub@var{m}3}, @samp{ussub@var{m}3}
3716 @item @samp{mul@var{m}3}, @samp{ssmul@var{m}3}, @samp{usmul@var{m}3}
3717 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{ssdiv@var{m}3}
3718 @itemx @samp{udiv@var{m}3}, @samp{usdiv@var{m}3}
3719 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3720 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3721 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3722 Similar, for other arithmetic operations.
3723
3724 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3725 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3726 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3727 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3728 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3729 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3730
3731 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3732 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3733 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3734 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3735 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3736 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3737 modes.
3738
3739 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3740 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3741 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3742 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3743 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3744 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3745 modes.
3746
3747 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3748 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3749 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3750 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3751 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3752
3753 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3754 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3755 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3756 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3757 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3758
3759 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3760 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3761 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3762 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3763 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3764 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3765 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3766 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3767 is of the same mode as operand 3. 
3768
3769 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3770 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3771 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3772 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3773 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3774 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3775 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3776 of a wider mode.)
3777
3778 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3779 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3780 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3781 Whole vector left/right shift in bits.
3782 Operand 1 is a vector to be shifted.
3783 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3784 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3785 The output and input vectors should have the same modes.
3786
3787 @cindex @code{vec_pack_trunc_@var{m}} instruction pattern
3788 @item @samp{vec_pack_trunc_@var{m}}
3789 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors. Operands 1 and 2
3790 are vectors of the same mode having N integral or floating point elements
3791 of size S@.  Operand 0 is the resulting vector in which 2*N elements of
3792 size N/2 are concatenated after narrowing them down using truncation.
3793
3794 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3795 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3796 @item @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3797 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.  Operands 1 and 2
3798 are vectors of the same mode having N integral elements of size S.
3799 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3800 vectors are concatenated after narrowing them down using signed/unsigned
3801 saturating arithmetic.
3802
3803 @cindex @code{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3804 @cindex @code{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}} instruction pattern
3805 @item @samp{vec_pack_sfix_trunc_@var{m}}, @samp{vec_pack_ufix_trunc_@var{m}}
3806 Narrow, convert to signed/unsigned integral type and merge the elements
3807 of two vectors.  Operands 1 and 2 are vectors of the same mode having N
3808 floating point elements of size S@.  Operand 0 is the resulting vector
3809 in which 2*N elements of size N/2 are concatenated.
3810
3811 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3812 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3813 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}
3814 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed
3815 integral or floating point elements.  The input vector (operand 1) has N
3816 elements of size S@.  Widen (promote) the high/low elements of the vector
3817 using signed or floating point extension and place the resulting N/2
3818 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3819
3820 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3821 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3822 @item @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3823 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of unsigned
3824 integral elements.  The input vector (operand 1) has N elements of size S.
3825 Widen (promote) the high/low elements of the vector using zero extension and
3826 place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3827
3828 @cindex @code{vec_unpacks_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3829 @cindex @code{vec_unpacks_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3830 @cindex @code{vec_unpacku_float_hi_@var{m}} instruction pattern
3831 @cindex @code{vec_unpacku_float_lo_@var{m}} instruction pattern
3832 @item @samp{vec_unpacks_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_float_lo_@var{m}}
3833 @itemx @samp{vec_unpacku_float_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_float_lo_@var{m}}
3834 Extract, convert to floating point type and widen the high/low part of a
3835 vector of signed/unsigned integral elements.  The input vector (operand 1)
3836 has N elements of size S@.  Convert the high/low elements of the vector using
3837 floating point conversion and place the resulting N/2 values of size 2*S in
3838 the output vector (operand 0).
3839
3840 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3841 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3842 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3843 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3844 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}
3845 @itemx @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3846 Signed/Unsigned widening multiplication.  The two inputs (operands 1 and 2)
3847 are vectors with N signed/unsigned elements of size S@.  Multiply the high/low
3848 elements of the two vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the
3849 output vector (operand 0).
3850
3851 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3852 @item @samp{mulhisi3}
3853 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3854 a @code{SImode} product in operand 0.
3855
3856 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3857 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3858 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3859 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3860
3861 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3862 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3863 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3864 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3865 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3866 multiplication.
3867
3868 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3869 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3870 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3871 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3872 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3873 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3874 multiplication.
3875
3876 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3877 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3878 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3879 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3880 The least significant half of the product is discarded.
3881
3882 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3883 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3884 Similar, but the multiplication is unsigned.
3885
3886 @cindex @code{madd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3887 @item @samp{madd@var{m}@var{n}4}
3888 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, add
3889 operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3890 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3891 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3892 the size of @var{m}.
3893
3894 In other words, @code{madd@var{m}@var{n}4} is like
3895 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also adds operand 3.
3896
3897 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3898
3899 @cindex @code{umadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3900 @item @samp{umadd@var{m}@var{n}4}
3901 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3902 operands instead of sign-extending them.
3903
3904 @cindex @code{ssmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3905 @item @samp{ssmadd@var{m}@var{n}4}
3906 Like @code{madd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3907 signed-saturating.
3908
3909 @cindex @code{usmadd@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3910 @item @samp{usmadd@var{m}@var{n}4}
3911 Like @code{umadd@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3912 unsigned-saturating.
3913
3914 @cindex @code{msub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3915 @item @samp{msub@var{m}@var{n}4}
3916 Multiply operands 1 and 2, sign-extend them to mode @var{n}, subtract the
3917 result from operand 3, and store the result in operand 0.  Operands 1 and 2
3918 have mode @var{m} and operands 0 and 3 have mode @var{n}.
3919 Both modes must be integer or fixed-point modes and @var{n} must be twice
3920 the size of @var{m}.
3921
3922 In other words, @code{msub@var{m}@var{n}4} is like
3923 @code{mul@var{m}@var{n}3} except that it also subtracts the result
3924 from operand 3.
3925
3926 These instructions are not allowed to @code{FAIL}.
3927
3928 @cindex @code{umsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3929 @item @samp{umsub@var{m}@var{n}4}
3930 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but zero-extend the multiplication
3931 operands instead of sign-extending them.
3932
3933 @cindex @code{ssmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3934 @item @samp{ssmsub@var{m}@var{n}4}
3935 Like @code{msub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3936 signed-saturating.
3937
3938 @cindex @code{usmsub@var{m}@var{n}4} instruction pattern
3939 @item @samp{usmsub@var{m}@var{n}4}
3940 Like @code{umsub@var{m}@var{n}4}, but all involved operations must be
3941 unsigned-saturating.
3942
3943 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3944 @item @samp{divmod@var{m}4}
3945 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3946 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3947 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3948
3949 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3950 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3951 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3952 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3953 and remainder are computed.
3954
3955 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3956 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3957 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3958 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3959 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3960
3961 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3962 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3963 Similar, but does unsigned division.
3964
3965 @anchor{shift patterns}
3966 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3967 @cindex @code{ssashl@var{m}3} instruction pattern
3968 @cindex @code{usashl@var{m}3} instruction pattern
3969 @item @samp{ashl@var{m}3}, @samp{ssashl@var{m}3}, @samp{usashl@var{m}3}
3970 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3971 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3972 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3973 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3974 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3975 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3976 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.  Operand 2 is always a scalar type.
3977
3978 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3979 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3980 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3981 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3982 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3983 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3984 @code{ashl@var{m}3} instructions.  Operand 2 is always a scalar type.
3985
3986 @cindex @code{vashl@var{m}3} instruction pattern
3987 @cindex @code{vashr@var{m}3} instruction pattern
3988 @cindex @code{vlshr@var{m}3} instruction pattern
3989 @cindex @code{vrotl@var{m}3} instruction pattern
3990 @cindex @code{vrotr@var{m}3} instruction pattern
3991 @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}
3992 Vector shift and rotate instructions that take vectors as operand 2
3993 instead of a scalar type.
3994
3995 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3996 @cindex @code{ssneg@var{m}2} instruction pattern
3997 @cindex @code{usneg@var{m}2} instruction pattern
3998 @item @samp{neg@var{m}2}, @samp{ssneg@var{m}2}, @samp{usneg@var{m}2}
3999 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
4000
4001 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
4002 @item @samp{abs@var{m}2}
4003 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
4004
4005 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
4006 @item @samp{sqrt@var{m}2}
4007 Store the square root of operand 1 into operand 0.
4008
4009 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
4010 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
4011 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4012 type @code{float}.
4013
4014 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
4015 @item @samp{fmod@var{m}3}
4016 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4017 operand 0, rounded towards zero to an integer.
4018
4019 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
4020 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
4021 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4022 type @code{float}.
4023
4024 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
4025 @item @samp{remainder@var{m}3}
4026 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
4027 operand 0, rounded to the nearest integer.
4028
4029 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
4030 which corresponds to the C data type @code{double} and the
4031 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
4032 to the C data type @code{float}.
4033
4034 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
4035 @item @samp{cos@var{m}2}
4036 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
4037
4038 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
4039 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
4040 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4041 type @code{float}.
4042
4043 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
4044 @item @samp{sin@var{m}2}
4045 Store the sine of operand 1 into operand 0.
4046
4047 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
4048 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
4049 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4050 type @code{float}.
4051
4052 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
4053 @item @samp{exp@var{m}2}
4054 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
4055
4056 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
4057 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
4058 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4059 type @code{float}.
4060
4061 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
4062 @item @samp{log@var{m}2}
4063 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
4064
4065 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
4066 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
4067 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4068 type @code{float}.
4069
4070 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
4071 @item @samp{pow@var{m}3}
4072 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
4073 into operand 0.
4074
4075 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
4076 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
4077 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4078 type @code{float}.
4079
4080 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
4081 @item @samp{atan2@var{m}3}
4082 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
4083 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
4084 determine the quadrant of the result.
4085
4086 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
4087 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
4088 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4089 type @code{float}.
4090
4091 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
4092 @item @samp{floor@var{m}2}
4093 Store the largest integral value not greater than argument.
4094
4095 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
4096 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
4097 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4098 type @code{float}.
4099
4100 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
4101 @item @samp{btrunc@var{m}2}
4102 Store the argument rounded to integer towards zero.
4103
4104 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
4105 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
4106 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4107 type @code{float}.
4108
4109 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
4110 @item @samp{round@var{m}2}
4111 Store the argument rounded to integer away from zero.
4112
4113 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
4114 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
4115 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4116 type @code{float}.
4117
4118 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
4119 @item @samp{ceil@var{m}2}
4120 Store the argument rounded to integer away from zero.
4121
4122 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
4123 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
4124 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4125 type @code{float}.
4126
4127 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
4128 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
4129 Store the argument rounded according to the default rounding mode
4130
4131 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
4132 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
4133 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4134 type @code{float}.
4135
4136 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
4137 @item @samp{rint@var{m}2}
4138 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
4139 raise the inexact exception when the result differs in value from
4140 the argument
4141
4142 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
4143 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
4144 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4145 type @code{float}.
4146
4147 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
4148 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
4149 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4150 point mode @var{n} as a signed number according to the current
4151 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4152
4153 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
4154 @item @samp{lround@var{m}2}
4155 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4156 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
4157 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4158
4159 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
4160 @item @samp{lfloor@var{m}2}
4161 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4162 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
4163 operand 0 (which has mode @var{n}).
4164
4165 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
4166 @item @samp{lceil@var{m}2}
4167 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4168 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
4169 operand 0 (which has mode @var{n}).
4170
4171 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
4172 @item @samp{copysign@var{m}3}
4173 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
4174 2 into operand 0.
4175
4176 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
4177 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
4178 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
4179 type @code{float}.
4180
4181 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
4182 @item @samp{ffs@var{m}2}
4183 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
4184 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
4185 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4186 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4187 generating the instruction.
4188
4189 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
4190 corresponds to the C data type @code{int}.
4191
4192 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
4193 @item @samp{clz@var{m}2}
4194 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
4195 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4196 @code{CLZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4197 the result is undefined or has a useful value.
4198 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4199 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4200 operand to that mode before generating the instruction.
4201
4202 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
4203 @item @samp{ctz@var{m}2}
4204 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
4205 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the
4206 @code{CTZ_DEFINED_VALUE_AT_ZERO} (@pxref{Misc}) macro defines if
4207 the result is undefined or has a useful value.
4208 @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
4209 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
4210 operand to that mode before generating the instruction.
4211
4212 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
4213 @item @samp{popcount@var{m}2}
4214 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
4215 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
4216 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
4217 generating the instruction.
4218
4219 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
4220 @item @samp{parity@var{m}2}
4221 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
4222 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
4223 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
4224 the operand to that mode before generating the instruction.
4225
4226 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
4227 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
4228 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
4229
4230 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
4231 @item @samp{cmp@var{m}}
4232 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
4233 The RTL pattern should look like this:
4234
4235 @smallexample
4236 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
4237                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
4238 @end smallexample
4239
4240 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
4241 @item @samp{tst@var{m}}
4242 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
4243 The RTL pattern should look like this:
4244
4245 @smallexample
4246 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
4247 @end smallexample
4248
4249 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
4250 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
4251 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
4252 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
4253
4254 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
4255 @item @samp{movmem@var{m}}
4256 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
4257 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
4258 address in mode @code{Pmode}.
4259
4260 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
4261 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
4262 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
4263 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
4264 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
4265 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
4266 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
4267
4268 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4269 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4270 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4271 it may provide the value 4 for this operand.
4272
4273 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4274 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4275 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4276 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4277 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4278
4279 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
4280 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
4281 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
4282 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
4283 individually moved data units in the block.
4284
4285 These patterns need not give special consideration to the possibility
4286 that the source and destination strings might overlap.
4287
4288 @cindex @code{movstr} instruction pattern
4289 @item @samp{movstr}
4290 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
4291 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
4292 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
4293 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
4294 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
4295 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
4296
4297 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
4298 @item @samp{setmem@var{m}}
4299 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
4300 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
4301 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4302 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4303 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4304 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4305
4306 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4307 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4308 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4309 operand.
4310
4311 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4312 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4313 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4314 all cases. This expected alignment is also in bytes, just like operand 4.
4315 Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4316
4317 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4318
4319 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4320 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4321 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4322 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4323 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4324 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4325 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4326 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4327 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4328 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4329 indicates the result of the comparison.
4330
4331 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4332 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4333 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4334 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4335 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4336 @code{Pmode}.
4337
4338 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4339 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4340 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4341 it may provide the value 4 for this operand.
4342
4343 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4344 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4345 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4346 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4347 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4348 whose sign indicates the result of the comparison.
4349
4350 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4351 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4352 Block compare instruction, with five operands like the operands
4353 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4354 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4355 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4356 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4357 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4358 comparison.
4359
4360 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4361 @item @samp{strlen@var{m}}
4362 Compute the length of a string, with three operands.
4363 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4364 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4365 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4366 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4367 of the beginning of the string.
4368
4369 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4370 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4371 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4372 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4373 @var{n}).
4374
4375 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4376 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4377 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4378 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4379 @var{n}).
4380
4381 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4382 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4383 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4384 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4385 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4386 the value of operand 1 is an integer.
4387
4388 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4389 define the @code{ftrunc} pattern.
4390
4391 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4392 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4393 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4394 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4395 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4396 value of operand 1 is an integer.
4397
4398 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4399 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4400 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4401 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4402 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4403
4404 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4405 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4406 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4407 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4408
4409 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4410 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4411 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4412 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4413
4414 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4415 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4416 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4417 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4418 point or both floating point.
4419
4420 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4421 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4422 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4423 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4424 point or both floating point.
4425
4426 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4427 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4428 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4429 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4430 point.
4431
4432 @cindex @code{fract@var{mn}2} instruction pattern
4433 @item @samp{fract@var{m}@var{n}2}
4434 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4435 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4436 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4437 fixed-point to signed integer, floating-point to fixed-point,
4438 or fixed-point to floating-point.
4439 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4440
4441 @cindex @code{satfract@var{mn}2} instruction pattern
4442 @item @samp{satfract@var{m}@var{n}2}
4443 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4444 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4445 could be fixed-point to fixed-point, signed integer to fixed-point,
4446 or floating-point to fixed-point.
4447 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4448 results to the maximum or the minimum.
4449
4450 @cindex @code{fractuns@var{mn}2} instruction pattern
4451 @item @samp{fractuns@var{m}@var{n}2}
4452 Convert operand 1 of mode @var{m} to mode @var{n} and store in
4453 operand 0 (which has mode @var{n}).  Mode @var{m} and mode @var{n}
4454 could be unsigned integer to fixed-point, or
4455 fixed-point to unsigned integer.
4456 When overflows or underflows happen, the results are undefined.
4457
4458 @cindex @code{satfractuns@var{mn}2} instruction pattern
4459 @item @samp{satfractuns@var{m}@var{n}2}
4460 Convert unsigned integer operand 1 of mode @var{m} to fixed-point mode
4461 @var{n} and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
4462 When overflows or underflows happen, the instruction saturates the
4463 results to the maximum or the minimum.
4464
4465 @cindex @code{extv} instruction pattern
4466 @item @samp{extv}
4467 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4468 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4469 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4470 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4471 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4472 be valid for @code{word_mode}.
4473
4474 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4475 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4476
4477 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4478 before it is stored in operand 0.
4479
4480 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4481 @item @samp{extzv}
4482 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4483
4484 @cindex @code{insv} instruction pattern
4485 @item @samp{insv}
4486 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4487 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4488 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4489 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4490 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4491
4492 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4493 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4494
4495 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4496 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4497 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4498 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4499 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4500
4501 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4502 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4503 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4504 codes and vice versa.
4505
4506 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4507 define these patterns.
4508
4509 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4510 @item @samp{add@var{mode}cc}
4511 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4512 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4513 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4514 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4515
4516 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4517 @item @samp{s@var{cond}}
4518 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4519 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4520 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4521 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4522
4523 You specify the mode that the operand must have when you write the
4524 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4525 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4526
4527 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4528 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4529 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4530 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4531 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4532 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4533 should omit those operations from the machine description.
4534
4535 These operations may fail, but should do so only in relatively
4536 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4537 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4538
4539 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4540 that copies the constant one to the target and branches around an
4541 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4542 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4543 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4544 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4545 the machine description.
4546
4547 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4548 @item @samp{b@var{cond}}
4549 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4550 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4551 condition @var{cond}.
4552
4553 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4554 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4555 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4556 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4557 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4558 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4559 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4560 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4561
4562 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4563 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4564 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4565
4566 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4567 @samp{s@var{cond}} patterns.
4568
4569 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4570 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4571 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4572 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4573 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4574 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4575
4576 @cindex @code{jump} instruction pattern
4577 @item @samp{jump}
4578 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4579 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4580 on all machines.
4581
4582 @cindex @code{call} instruction pattern
4583 @item @samp{call}
4584 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4585 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4586 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4587 operands.
4588
4589 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4590 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4591 to put this information into the assembler code; they can put it in
4592 the RTL instead of operand 1.
4593
4594 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4595 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4596 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4597 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4598 instruction, the pattern for this operation should be a
4599 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4600 address into a register and uses that register in the call instruction.
4601
4602 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4603 @item @samp{call_value}
4604 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4605 register in which the value is returned.  There are three more
4606 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4607 instruction (but with numbers increased by one).
4608
4609 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4610 insn.
4611
4612 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4613 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4614 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4615 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4616 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4617 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4618 adjustment made to the frame pointer.
4619
4620 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4621 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4622 can be eliminated, if desired.
4623
4624 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4625 @item @samp{untyped_call}
4626 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4627 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4628 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4629 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4630 the saving of a function return value into the result block.
4631
4632 This instruction pattern should be defined to support
4633 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4634 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4635 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4636 multiple registers that can hold a return value
4637 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4638
4639 @cindex @code{return} instruction pattern
4640 @item @samp{return}
4641 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4642 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4643 from a function.
4644
4645 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4646 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4647 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4648 some class of functions only requires one instruction to implement a
4649 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4650 to save any registers or allocate stack space.
4651
4652 @findex reload_completed
4653 @findex leaf_function_p
4654 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4655 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4656 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4657 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4658 a register window push is required.
4659
4660 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4661 such as
4662
4663 @smallexample
4664 (define_insn ""
4665   [(set (pc)
4666         (if_then_else (match_operator
4667                          0 "comparison_operator"
4668                          [(cc0) (const_int 0)])
4669                       (return)
4670                       (pc)))]
4671   "@var{condition}"
4672   "@dots{}")
4673 @end smallexample
4674
4675 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4676 named @samp{return} pattern.
4677
4678 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4679 @item @samp{untyped_return}
4680 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4681 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4682 instructions are needed to return a value of any type.
4683
4684 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4685 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4686 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4687 the restoring of a function return value from the result block.
4688
4689 @cindex @code{nop} instruction pattern
4690 @item @samp{nop}
4691 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4692 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4693 RTL pattern.
4694
4695 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4696 @item @samp{indirect_jump}
4697 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4698 This pattern name is mandatory on all machines.
4699
4700 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4701 @item @samp{casesi}
4702 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4703 This instruction takes five operands:
4704
4705 @enumerate
4706 @item
4707 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4708
4709 @item
4710 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4711
4712 @item
4713 The total range of indices in the table---the largest index
4714 minus the smallest one (both inclusive).
4715
4716 @item
4717 A label that precedes the table itself.
4718
4719 @item
4720 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4721 @end enumerate
4722
4723 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4724 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4725 difference between the upper bound and the lower bound.
4726
4727 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4728 @item @samp{tablejump}
4729 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4730 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4731 is no @samp{casesi} pattern.
4732
4733 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4734 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4735 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4736 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4737 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4738 mode @code{Pmode}.
4739
4740 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4741 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4742 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4743 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4744
4745
4746 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4747 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4748 Conditional branch instruction that decrements a register and
4749 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4750 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4751 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4752
4753 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4754 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4755 reduction is enabled.
4756
4757 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4758 @item @samp{doloop_end}
4759 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4760 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4761 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4762 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4763 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4764 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4765 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4766 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4767 @xref{Looping Patterns}.
4768
4769 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4770 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4771 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4772 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4773 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4774 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4775 too large for this instruction, make it fail.
4776
4777 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4778 @item @samp{doloop_begin}
4779 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4780 need to perform some initialization, such as loading special registers
4781 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4782 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4783 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4784
4785
4786 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4787 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4788 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4789 into operand 0.
4790
4791 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4792 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4793 and also has mode @code{Pmode}.
4794
4795 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4796 the address of the function which would be called if the function
4797 pointer were used in an indirect call.
4798
4799 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4800 can have different values but still call the same function when
4801 used in an indirect call.
4802
4803 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4804 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4805 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4806 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4807 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4808 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4809 @item @samp{save_stack_block}
4810 @itemx @samp{save_stack_function}
4811 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4812 @itemx @samp{restore_stack_block}
4813 @itemx @samp{restore_stack_function}
4814 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4815 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4816 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4817 such machines.
4818
4819 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4820 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4821 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4822 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4823 saves and restores are:
4824
4825 @enumerate
4826 @item
4827 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4828 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4829 restores the stack pointer when the block is exited.
4830
4831 @item
4832 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4833 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4834 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4835 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4836 restore sequence on some machines.
4837
4838 @item
4839 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4840 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4841 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4842 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4843 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4844 and restoring additional data such as register window information or
4845 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4846 such required data.
4847 @end enumerate
4848
4849 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4850 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4851 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4852 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4853 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4854 for a particular type of save (either because no save is needed or
4855 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4856 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4857 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4858 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4859
4860 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4861 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4862 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4863
4864 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4865 @item @samp{allocate_stack}
4866 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4867 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4868
4869 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4870 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4871 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4872 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4873 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4874 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4875 stack is free.
4876
4877 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4878 Some machines require other operations such as stack probes or
4879 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4880 operations in addition to updating the stack pointer.
4881
4882 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4883 @item @samp{check_stack}
4884 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4885 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4886 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4887 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4888 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4889 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4890 limit from a global or thread-specific variable or register.
4891
4892 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4893 @item @samp{nonlocal_goto}
4894 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4895 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4896 each representing a value to be used in the jump.  The first
4897 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4898 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4899 the third is the address of a location where the stack is saved,
4900 and the last is the address of the label, to be placed in the
4901 location for the incoming static chain.
4902
4903 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4904 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4905 and static chain, restore the stack (using the
4906 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4907 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4908 not work on your machine.
4909
4910 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4911 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4912 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4913 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4914 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4915 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4916 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4917 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4918 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4919 There are no arguments.
4920
4921 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4922 @item @samp{exception_receiver}
4923 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4924 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4925 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4926 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4927 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4928 an exception.  There are no arguments.
4929
4930 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4931 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4932 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4933 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4934 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4935 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4936 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4937 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4938 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4939 the first three are normally used by the generic mechanism.
4940
4941 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4942 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4943 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4944 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4945 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4946 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4947 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4948 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4949 at a small offset from that label.
4950
4951 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4952 @item @samp{builtin_longjmp}
4953 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4954 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4955 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4956 @code{jmp_buf}.
4957
4958 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4959 @item @samp{eh_return}
4960 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4961 and thence the call frame exception handling library routines, are
4962 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4963 the abnormal return path.
4964
4965 The address of the exception handler to which the function should return
4966 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4967 the pattern to some special register or memory location.
4968 If the pattern needs to determine the location of the target call
4969 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4970 if defined; it will have already been assigned.
4971
4972 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4973 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4974 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4975 handling is to be used.
4976
4977 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4978 @anchor{prologue instruction pattern}
4979 @item @samp{prologue}
4980 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4981 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4982 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4983
4984 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4985 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4986
4987 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4988 instruction scheduling.
4989
4990 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4991 @anchor{epilogue instruction pattern}
4992 @item @samp{epilogue}
4993 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4994 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4995 registers and emitting the return instruction.
4996
4997 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4998 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4999
5000 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
5001 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
5002
5003 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
5004 @item @samp{sibcall_epilogue}
5005 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
5006 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
5007 sibling call (aka tail call) sites.
5008
5009 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
5010 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
5011 function.
5012
5013 @cindex @code{trap} instruction pattern
5014 @item @samp{trap}
5015 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
5016 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
5017 front end to signal `invalid array index' exceptions.
5018
5019 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
5020 @item @samp{conditional_trap}
5021 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
5022 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
5023
5024 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
5025
5026 @smallexample
5027 (define_insn "conditional_trap"
5028   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
5029              [(cc0) (const_int 0)])
5030             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
5031   ""
5032   "@dots{}")
5033 @end smallexample
5034
5035 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
5036 @item @samp{prefetch}
5037
5038 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
5039 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
5040 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
5041 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
5042 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
5043 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
5044 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
5045 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
5046 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
5047
5048 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
5049 the values of operands 1 and 2.
5050
5051 @cindex @code{blockage} instruction pattern
5052 @item @samp{blockage}
5053
5054 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
5055 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
5056 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
5057
5058 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
5059 @item @samp{memory_barrier}
5060
5061 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
5062 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
5063 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
5064 This pattern has no operands.
5065
5066 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
5067 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
5068
5069 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
5070 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
5071 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
5072 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
5073 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
5074 of the operation; it should contain the contents of the memory
5075 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
5076 a copy of operand 2.
5077
5078 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
5079
5080 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5081 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5082 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5083 after the atomic operation.
5084
5085 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
5086 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
5087
5088 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
5089 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
5090 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
5091 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
5092
5093 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
5094 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
5095 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
5096 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
5097 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
5098
5099 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
5100 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
5101 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
5102 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
5103 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
5104 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
5105 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
5106 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
5107 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
5108
5109 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
5110 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
5111 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
5112
5113 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
5114
5115 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5116 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5117 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5118 after the atomic operation.
5119
5120 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5121 from a compare-and-swap operation, if defined.
5122
5123 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
5124 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
5125 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
5126 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
5127 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
5128 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
5129 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
5130 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
5131 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
5132
5133 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
5134 and return the value that the memory contained before the operation.
5135 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
5136 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
5137 to the binary operator.
5138
5139 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
5140 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
5141 operation and all memory operations after the atomic operation occur
5142 after the atomic operation.
5143
5144 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
5145 from a compare-and-swap operation, if defined.
5146
5147 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
5148 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
5149 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
5150 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
5151 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
5152 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
5153 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
5154 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
5155 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
5156
5157 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
5158 except that they return the value that exists in the memory location
5159 after the operation, rather than before the operation.
5160
5161 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
5162 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
5163
5164 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
5165 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
5166 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
5167 is the value to set in the lock.
5168
5169 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
5170 which the previous value in memory operand is copied into the result
5171 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
5172
5173 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
5174 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
5175 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
5176 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
5177 The true contents of the memory operand are implementation defined.
5178
5179 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5180 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
5181 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
5182
5183 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
5184 a compare-and-swap operation, if defined.
5185
5186 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
5187 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
5188
5189 This pattern, if defined, releases a lock set by
5190 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
5191 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
5192
5193 If the target doesn't implement full semantics for
5194 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
5195 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
5196 of the memory operand are implementation defined.
5197
5198 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
5199 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
5200 released only after all previous memory operations have completed.
5201
5202 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
5203 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
5204
5205 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
5206 @item @samp{stack_protect_set}
5207
5208 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
5209 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
5210 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
5211 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
5212 having clobbered it.
5213
5214 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
5215
5216 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
5217 @item @samp{stack_protect_test}
5218
5219 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
5220 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
5221 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
5222 weren't equal.
5223
5224 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
5225 conditional branch pattern is used.
5226
5227 @cindex @code{clear_cache} instruction pattern
5228 @item @samp{clear_cache}
5229
5230 This pattern, if defined, flushes the instruction cache for a region of
5231 memory.  The region is bounded to by the Pmode pointers in operand 0
5232 inclusive and operand 1 exclusive.
5233
5234 If this pattern is not defined, a call to the library function
5235 @code{__clear_cache} is used.
5236
5237 @end table
5238
5239 @end ifset
5240 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
5241 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
5242 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
5243 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
5244 @ifset INTERNALS
5245 @node Pattern Ordering
5246 @section When the Order of Patterns Matters
5247 @cindex Pattern Ordering
5248 @cindex Ordering of Patterns
5249
5250 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
5251 pattern that appears first in the machine description is the one used.
5252 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
5253 and faster instructions (those that will produce better code when they
5254 do match) should usually go first in the description.
5255
5256 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
5257 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
5258 instruction for converting a fullword to floating point and another
5259 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
5260 an integer to floating point could match either one.  We put the
5261 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
5262 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
5263 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
5264 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
5265 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
5266 constant value.
5267
5268 @end ifset
5269 @ifset INTERNALS
5270 @node Dependent Patterns
5271 @section Interdependence of Patterns
5272 @cindex Dependent Patterns
5273 @cindex Interdependence of Patterns
5274
5275 Every machine description must have a named pattern for each of the
5276 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
5277 must always have the form
5278
5279 @smallexample
5280 (set (pc)
5281      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5282                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
5283                    (pc)))
5284 @end smallexample
5285
5286 @noindent
5287 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
5288 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
5289 look like
5290
5291 @smallexample
5292 (set (pc)
5293      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
5294                    (pc)
5295                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
5296 @end smallexample
5297
5298 @noindent
5299 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
5300 branches into reverse-conditional branches.
5301
5302 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
5303 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
5304 example,
5305
5306 @smallexample
5307 (define_insn ""
5308   [(set (pc)
5309         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
5310                                       [(cc0) (const_int 0)])
5311                       (pc)
5312                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
5313   "@var{condition}"
5314   "@dots{}")
5315 @end smallexample
5316
5317 In some cases machines support instructions identical except for the
5318 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
5319 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
5320 patterns are
5321
5322 @smallexample
5323 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5324      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
5325
5326 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
5327      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
5328 @end smallexample
5329
5330 @noindent
5331 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
5332 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
5333 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
5334 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
5335 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
5336 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
5337
5338 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
5339 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
5340 compilations.
5341
5342 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
5343 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
5344 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
5345 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5346 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5347 that supports register-register add insns by examining the operands and
5348 generating the appropriate machine instruction.
5349
5350 @end ifset
5351 @ifset INTERNALS
5352 @node Jump Patterns
5353 @section Defining Jump Instruction Patterns
5354 @cindex jump instruction patterns
5355 @cindex defining jump instruction patterns
5356
5357 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5358 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5359 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5360 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5361 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5362 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5363 way.
5364
5365 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5366 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5367 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5368 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5369 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5370 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5371 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5372 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5373 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5374 can treat signed and unsigned branches identically.
5375
5376 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5377 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5378 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5379 until the end.
5380
5381 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5382 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5383 compare instruction is superfluous.
5384
5385 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5386 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5387 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5388 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5389 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5390
5391 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5392 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5393 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5394 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5395 above in addition to any special patterns you define.
5396
5397 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5398 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5399 these machines, the restriction that the definition and use of the
5400 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5401 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5402 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5403 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5404 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5405 separate the definition and use of the condition code register.
5406
5407 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5408 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5409 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5410 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5411 multiple condition registers, use a pseudo register.
5412
5413 @findex prev_cc0_setter
5414 @findex next_cc0_user
5415 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5416 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5417 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5418 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5419 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5420 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5421 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5422 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5423 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5424 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5425 and @code{next_cc0_user}.
5426
5427 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5428 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5429 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5430 we use the machine mode of the condition code register to record
5431 different formats of the condition code register.
5432
5433 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5434 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5435 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5436 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5437 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5438 a mode given an operand of a compare.
5439
5440 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5441 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5442 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5443 be specified at that time.
5444
5445 If the cases that require different modes would be made by instruction
5446 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5447 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5448 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5449 discussed above, we have the pattern
5450
5451 @smallexample
5452 (define_insn ""
5453   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5454         (compare:CC_NOOV
5455           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5456                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5457           (const_int 0)))]
5458   ""
5459   "@dots{}")
5460 @end smallexample
5461
5462 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5463 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5464
5465 @end ifset
5466 @ifset INTERNALS
5467 @node Looping Patterns
5468 @section Defining Looping Instruction Patterns
5469 @cindex looping instruction patterns
5470 @cindex defining looping instruction patterns
5471
5472 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5473 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5474 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5475 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5476 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5477 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5478 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5479 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5480 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5481 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5482 the jump.
5483
5484 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5485 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5486 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5487 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5488 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5489 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5490 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5491 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5492 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5493 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5494 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5495 following for its @code{dbra} instruction:
5496
5497 @smallexample
5498 @group
5499 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5500   [(set (pc)
5501         (if_then_else
5502           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5503                        (const_int -1))
5504               (const_int 0))
5505           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5506           (pc)))
5507    (set (match_dup 0)
5508         (plus:SI (match_dup 0)
5509                  (const_int -1)))]
5510   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5511   "@dots{}")
5512 @end group
5513 @end smallexample
5514
5515 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5516 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5517 since this insn is generated by the instruction combination phase
5518 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5519 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5520 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5521 pattern will not be matched by the combiner.
5522
5523 @smallexample
5524 @group
5525 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5526   [(set (pc)
5527         (if_then_else
5528           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5529               (const_int 1))
5530           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5531           (pc)))
5532    (set (match_dup 0)
5533         (plus:SI (match_dup 0)
5534                  (const_int -1)))]
5535   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5536   "@dots{}")
5537 @end group
5538 @end smallexample
5539
5540 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5541 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5542 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5543 information collected during strength reduction.
5544
5545 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5546 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5547 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5548 needed for some low-overhead looping instructions.
5549
5550 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5551 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5552 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5553 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5554 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5555 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5556 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5557 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5558 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5559 desired special iteration counter register was not allocated, this
5560 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5561 instruction pair.
5562
5563 The essential difference between the
5564 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5565 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5566 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5567 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5568 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5569 may become redundant and removed by the flow pass.
5570
5571
5572 @end ifset
5573 @ifset INTERNALS
5574 @node Insn Canonicalizations
5575 @section Canonicalization of Instructions
5576 @cindex canonicalization of instructions
5577 @cindex insn canonicalization
5578
5579 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5580 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5581 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5582 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5583 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5584 number of insn patterns required.
5585
5586 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5587 are performed:
5588
5589 @itemize @bullet
5590 @item
5591 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5592 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5593 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5594 be supplied.
5595
5596 @item
5597 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5598 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5599 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5600 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5601 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5602 floating-point.
5603
5604 @item
5605 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5606 @cindex @code{not}, canonicalization of
5607 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5608 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5609 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5610 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5611 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5612 first operand.
5613
5614 @item
5615 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5616 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5617 the operations as far as possible.  For instance,
5618 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5619 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5620 @code{(minus A (mult B C))}.
5621
5622 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5623 @item
5624 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5625 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5626 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5627 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5628 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5629 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5630 such an instruction.
5631
5632 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5633 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5634 above.
5635
5636 @item
5637 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{b})} is converted to
5638 @code{(ltu (plus @var{a} @var{b}) @var{a})}. Likewise with @code{geu} instead
5639 of @code{ltu}.
5640
5641 @item
5642 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5643 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5644
5645 @item
5646 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5647 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5648
5649 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5650 @cindex @code{and}, canonicalization of
5651 @cindex De Morgan's law
5652 @item
5653 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5654 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5655 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5656
5657 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5658 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5659 for that instruction as
5660
5661 @smallexample
5662 (define_insn ""
5663   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5664         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5665                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5666   "@dots{}"
5667   "@dots{}")
5668 @end smallexample
5669
5670 @noindent
5671 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5672
5673 @smallexample
5674 (define_insn ""
5675   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5676         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5677                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5678   "@dots{}"
5679   "@dots{}")
5680 @end smallexample
5681
5682 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5683 logically equivalent RTL expressions.
5684
5685 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5686 @item
5687 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5688 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5689 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5690
5691 @item
5692 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5693 the form
5694
5695 @smallexample
5696 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5697 @end smallexample
5698
5699 @item
5700 On machines that do not use @code{cc0},
5701 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5702 @var{x}.
5703
5704 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5705 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5706 @item
5707 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5708 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5709 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5710
5711 @end itemize
5712
5713 Further canonicalization rules are defined in the function
5714 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5715
5716 @end ifset
5717 @ifset INTERNALS
5718 @node Expander Definitions
5719 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5720 @cindex expander definitions
5721 @cindex code generation RTL sequences
5722 @cindex defining RTL sequences for code generation
5723
5724 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5725 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5726 represent them.  For these target machines, you can write a
5727 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5728
5729 @findex define_expand
5730 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5731 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5732 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5733
5734 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5735
5736 @itemize @bullet
5737 @item
5738 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5739 use for it is to refer to it by name.
5740
5741 @item
5742 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5743 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5744 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5745
5746 @item
5747 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5748 used to express how the availability of this pattern depends on
5749 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5750 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5751 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5752 depend on the data in the insn being matched, but only the
5753 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5754 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5755 are available in a particular run.
5756
5757 @item
5758 The preparation statements, a string containing zero or more C
5759 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5760 the RTL template.
5761
5762 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5763 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5764 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5765 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5766 @end itemize
5767
5768 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5769 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5770 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5771 it.
5772
5773 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5774 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5775 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5776
5777 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5778 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5779 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5780 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5781 information to preload the operand into a register if that is required for
5782 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5783 references should use @code{match_dup}.
5784
5785 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5786 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5787 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5788 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5789 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5790 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5791 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5792 compute the values and store them into the appropriate elements of
5793 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5794
5795 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5796 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5797 as a statement.
5798
5799 @table @code
5800
5801 @findex DONE
5802 @item DONE
5803 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5804 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5805 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5806 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5807
5808 @findex FAIL
5809 @item FAIL
5810 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5811 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5812 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5813
5814 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5815 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5816 operations.
5817 @end table
5818
5819 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5820 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5821 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5822 insn.
5823
5824 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5825 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5826 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5827 list of operands, such as this example:
5828
5829 @smallexample
5830 @group
5831 (define_expand "addsi3"
5832   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5833    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5834    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5835 @end group
5836 @group
5837   ""
5838   "
5839 @{
5840   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5841   DONE;
5842 @}")
5843 @end group
5844 @end smallexample
5845
5846 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5847
5848 @smallexample
5849 @group
5850 (define_expand "ashlsi3"
5851   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5852         (ashift:SI
5853 @end group
5854 @group
5855           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5856           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5857   ""
5858   "
5859 @end group
5860 @end smallexample
5861
5862 @smallexample
5863 @group
5864 @{
5865   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5866       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5867     FAIL;
5868 @}")
5869 @end group
5870 @end smallexample
5871
5872 @noindent
5873 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5874 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5875 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5876 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5877 library call).
5878
5879 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5880 patterns with names, then it would be possible to use a
5881 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5882 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5883
5884 @smallexample
5885 (define_expand "zero_extendhisi2"
5886   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5887         (const_int 0))
5888    (set (strict_low_part
5889           (subreg:HI
5890             (match_dup 0)
5891             0))
5892         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5893   ""
5894   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5895 @end smallexample
5896
5897 @noindent
5898 @findex make_safe_from
5899 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5900 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5901 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5902 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5903 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5904 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5905 by emitting another RTL insn.
5906
5907 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5908 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5909 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5910 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5911 on this machine.  So it must be copied into a register with
5912 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5913
5914 @smallexample
5915 (define_expand "zero_extendhisi2"
5916   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5917         (and:SI (subreg:SI
5918                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5919                   0)
5920                 (match_dup 2)))]
5921   ""
5922   "operands[2]
5923      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5924 @end smallexample
5925
5926 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5927 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5928 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5929 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5930 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5931 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5932 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5933 in the compiler.
5934
5935 @end ifset
5936 @ifset INTERNALS
5937 @node Insn Splitting
5938 @section Defining How to Split Instructions
5939 @cindex insn splitting
5940 @cindex instruction splitting
5941 @cindex splitting instructions
5942
5943 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5944 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5945 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5946 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5947 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5948 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5949 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5950 cannot be placed into a delay slot.
5951
5952 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5953 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5954 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5955 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5956 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5957 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5958 scheduling.
5959
5960 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5961 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5962 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5963 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5964 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5965 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5966 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5967 split the addition into two insns is machine-dependent.
5968
5969 @findex define_split
5970 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5971 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5972
5973 @smallexample
5974 (define_split
5975   [@var{insn-pattern}]
5976   "@var{condition}"
5977   [@var{new-insn-pattern-1}
5978    @var{new-insn-pattern-2}
5979    @dots{}]
5980   "@var{preparation-statements}")
5981 @end smallexample
5982
5983 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5984 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5985 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5986 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5987 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5988 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5989
5990 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5991 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5992 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5993 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5994 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5995 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5996 must not allocate any space in the stack frame.
5997
5998 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5999 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
6000 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
6001 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
6002 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
6003 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
6004 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
6005 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
6006 of those definitions.
6007
6008 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
6009 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
6010 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
6011
6012 @smallexample
6013 (define_split
6014   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6015         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
6016   ""
6017   [(set (match_dup 0)
6018         (ashift:SI (match_dup 1)
6019                    (const_int 16)))
6020    (set (match_dup 0)
6021         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
6022                      (const_int 16)))]
6023   "
6024 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
6025 @end smallexample
6026
6027 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
6028 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
6029 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
6030 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
6031 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
6032 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
6033 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
6034 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
6035 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
6036 @code{define_split} that will never produce insns that match).
6037
6038 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
6039 @file{rs6000.md}:
6040
6041 @smallexample
6042 (define_split
6043   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
6044         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6045                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
6046   ""
6047   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
6048    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
6049 "
6050 @{
6051   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
6052   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
6053
6054   if (low & 0x8000)
6055     high++, low |= 0xffff0000;
6056
6057   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
6058   operands[4] = GEN_INT (low);
6059 @}")
6060 @end smallexample
6061
6062 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
6063 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
6064 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
6065 can be substituted into the address of a subsequent operation.
6066
6067 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
6068 an equality comparison of a register and a large constant:
6069
6070 @smallexample
6071 (define_split
6072   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
6073         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
6074                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
6075    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
6076   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
6077    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
6078        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
6079   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
6080    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
6081   "
6082 @{
6083   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
6084      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
6085      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
6086
6087   int c = INTVAL (operands[2]);
6088   int sextc = (c << 16) >> 16;
6089   int xorv = c ^ sextc;
6090
6091   operands[4] = GEN_INT (xorv);
6092   operands[5] = GEN_INT (sextc);
6093 @}")
6094 @end smallexample
6095
6096 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
6097 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
6098 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
6099 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
6100 are not valid.
6101
6102 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
6103 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
6104 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
6105 several restriction apply.
6106
6107 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
6108 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
6109 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
6110 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
6111 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
6112 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
6113 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
6114 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
6115 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
6116 forward jumps to the newly created labels.
6117
6118 @findex define_insn_and_split
6119 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
6120 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
6121 this:
6122
6123 @smallexample
6124 (define_insn_and_split
6125   [@var{insn-pattern}]
6126   "@var{condition}"
6127   "@var{output-template}"
6128   "@var{split-condition}"
6129   [@var{new-insn-pattern-1}
6130    @var{new-insn-pattern-2}
6131    @dots{}]
6132   "@var{preparation-statements}"
6133   [@var{insn-attributes}])
6134
6135 @end smallexample
6136
6137 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
6138 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
6139 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
6140 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
6141 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
6142 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
6143 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
6144 from i386.md:
6145
6146 @smallexample
6147 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
6148   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
6149      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
6150    (clobber (reg:CC 17))]
6151   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
6152   "#"
6153   "&& reload_completed"
6154   [(parallel [(set (match_dup 0)
6155                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
6156               (clobber (reg:CC 17))])]
6157   ""
6158   [(set_attr "type" "alu1")])
6159
6160 @end smallexample
6161
6162 In this case, the actual split condition will be
6163 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
6164
6165 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
6166 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
6167 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
6168 having to ensure the two patterns' templates match.
6169
6170 @end ifset
6171 @ifset INTERNALS
6172 @node Including Patterns
6173 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
6174 @cindex insn includes
6175
6176 @findex include
6177 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
6178 look for patterns that are in files other than in the file
6179 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
6180
6181 It looks like:
6182
6183 @smallexample
6184
6185 (include
6186   @var{pathname})
6187 @end smallexample
6188
6189 For example:
6190
6191 @smallexample
6192
6193 (include "filestuff")
6194
6195 @end smallexample
6196
6197 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
6198 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
6199 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
6200
6201
6202 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
6203 and placed into subdirectories.
6204
6205 By specifying:
6206
6207 @smallexample
6208
6209 (include "BOGUS/filestuff")
6210
6211 @end smallexample
6212
6213 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
6214
6215 Specifying an absolute path for the include file such as;
6216 @smallexample
6217
6218 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
6219
6220 @end smallexample
6221 is permitted but is not encouraged.
6222
6223 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
6224 @cindex directory options .md
6225 @cindex options, directory search
6226 @cindex search options
6227
6228 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
6229 For example:
6230
6231 @smallexample
6232
6233 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
6234
6235 @end smallexample
6236
6237
6238 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
6239 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
6240 file, substituting your own version, since these directories are
6241 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
6242 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
6243 order; the standard default directory come after.
6244
6245
6246 @end ifset
6247 @ifset INTERNALS
6248 @node Peephole Definitions
6249 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
6250 @cindex peephole optimizer definitions
6251 @cindex defining peephole optimizers
6252
6253 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
6254 definitions of machine-specific peephole optimizations.
6255
6256 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
6257 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
6258 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
6259 though the second one does not appear to use a register computed in the
6260 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
6261 opportunities.
6262
6263 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
6264 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
6265 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
6266 is deprecated.
6267
6268 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
6269 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
6270 but before scheduling, which may result in much better code for
6271 targets that do scheduling.
6272
6273 @menu
6274 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
6275 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
6276 @end menu
6277
6278 @end ifset
6279 @ifset INTERNALS
6280 @node define_peephole
6281 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
6282 @findex define_peephole
6283
6284 @need 1000
6285 A definition looks like this:
6286
6287 @smallexample
6288 (define_peephole
6289   [@var{insn-pattern-1}
6290    @var{insn-pattern-2}
6291    @dots{}]
6292   "@var{condition}"
6293   "@var{template}"
6294   "@var{optional-insn-attributes}")
6295 @end smallexample
6296
6297 @noindent
6298 The last string operand may be omitted if you are not using any
6299 machine-specific information in this machine description.  If present,
6300 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
6301
6302 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
6303 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
6304 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
6305 the next, and so on.
6306
6307 Each of the insns matched by a peephole must also match a
6308 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
6309 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
6310 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
6311 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
6312 stages.
6313
6314 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
6315 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
6316 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
6317 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
6318 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
6319 other.
6320
6321 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
6322 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
6323 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
6324 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
6325 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
6326
6327 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
6328 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
6329 previously tested.
6330
6331 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
6332 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
6333 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
6334 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
6335 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
6336 patterns.
6337
6338 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
6339 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
6340 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
6341 the operands.
6342
6343 @findex prev_active_insn
6344 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
6345 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
6346 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
6347 to refer to the last of the insns being matched; use
6348 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
6349
6350 @findex dead_or_set_p
6351 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6352 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6353 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6354 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6355 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6356 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6357 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6358
6359 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6360 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6361 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6362 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6363 used in matching the original sequence of insns.
6364
6365 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6366 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6367 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6368 as the insn pattern to control how the insn is output.
6369
6370 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6371 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6372
6373 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6374
6375 @smallexample
6376 (define_peephole
6377   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6378    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6379         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6380   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6381 @{
6382   rtx xoperands[2];
6383   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6384 #ifdef MOTOROLA
6385   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6386   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6387   return "fmove.d (sp)+,%0";
6388 #else
6389   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6390   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6391   return "fmoved sp@@+,%0";
6392 #endif
6393 @})
6394 @end smallexample
6395
6396 @need 1000
6397 The effect of this optimization is to change
6398
6399 @smallexample
6400 @group
6401 jbsr _foobar
6402 addql #4,sp
6403 movel d1,sp@@-
6404 movel d0,sp@@-
6405 fmoved sp@@+,fp0
6406 @end group
6407 @end smallexample
6408
6409 @noindent
6410 into
6411
6412 @smallexample
6413 @group
6414 jbsr _foobar
6415 movel d1,sp@@
6416 movel d0,sp@@-
6417 fmoved sp@@+,fp0
6418 @end group
6419 @end smallexample
6420
6421 @ignore
6422 @findex CC_REVERSED
6423 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6424 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6425 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6426 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6427 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6428 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6429 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6430 and in this C code check the condition code status flags and change the
6431 assembler code as appropriate.
6432 @end ignore
6433
6434 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6435 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6436 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6437 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6438 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6439 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6440 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6441 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6442 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6443
6444 @smallexample
6445 (define_insn "divmodsi4"
6446   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6447         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6448                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6449    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6450         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6451   "TARGET_68020"
6452   "divsl%.l %2,%3:%0")
6453 @end smallexample
6454
6455 @noindent
6456 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6457
6458 @smallexample
6459 (define_peephole
6460   [@dots{}
6461    (parallel
6462     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6463           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6464                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6465      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6466           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6467    @dots{}]
6468   @dots{})
6469 @end smallexample
6470
6471 @end ifset
6472 @ifset INTERNALS
6473 @node define_peephole2
6474 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6475 @findex define_peephole2
6476
6477 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6478 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6479 what additional scratch registers may be needed and what their
6480 lifetimes must be.
6481
6482 @smallexample
6483 (define_peephole2
6484   [@var{insn-pattern-1}
6485    @var{insn-pattern-2}
6486    @dots{}]
6487   "@var{condition}"
6488   [@var{new-insn-pattern-1}
6489    @var{new-insn-pattern-2}
6490    @dots{}]
6491   "@var{preparation-statements}")
6492 @end smallexample
6493
6494 The definition is almost identical to @code{define_split}
6495 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6496 single instruction, but a sequence of instructions.
6497
6498 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6499 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6500 will simply not match.
6501
6502 @findex match_scratch
6503 @findex match_dup
6504 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6505 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6506 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6507 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6508 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6509 at which the register must be available.
6510
6511 Here is an example from the IA-32 machine description:
6512
6513 @smallexample
6514 (define_peephole2
6515   [(match_scratch:SI 2 "r")
6516    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6517                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6518                      [(match_dup 0)
6519                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6520               (clobber (reg:CC 17))])]
6521   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6522   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6523    (parallel [(set (match_dup 0)
6524                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6525               (clobber (reg:CC 17))])]
6526   "")
6527 @end smallexample
6528
6529 @noindent
6530 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6531 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6532 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6533 to be live only at the point just before the arithmetic.
6534
6535 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6536 so here's a silly made-up example:
6537
6538 @smallexample
6539 (define_peephole2
6540   [(match_scratch:SI 4 "r")
6541    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6542    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6543    (match_dup 4)
6544    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6545   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6546   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6547    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6548    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6549    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6550   "")
6551 @end smallexample
6552
6553 @noindent
6554 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6555 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6556 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6557
6558 @end ifset
6559 @ifset INTERNALS
6560 @node Insn Attributes
6561 @section Instruction Attributes
6562 @cindex insn attributes
6563 @cindex instruction attributes
6564
6565 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6566 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6567 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6568 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6569 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6570 to track the condition codes.
6571
6572 @menu
6573 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6574 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6575 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6576 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6577 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6578 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6579 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6580 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6581 @end menu
6582
6583 @end ifset
6584 @ifset INTERNALS
6585 @node Defining Attributes
6586 @subsection Defining Attributes and their Values
6587 @cindex defining attributes and their values
6588 @cindex attributes, defining
6589
6590 @findex define_attr
6591 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6592 by the target machine.  It looks like:
6593
6594 @smallexample
6595 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6596 @end smallexample
6597
6598 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6599
6600 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6601 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6602 indicate that the attribute takes numeric values.
6603
6604 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6605 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6606 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6607 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6608 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6609
6610 @findex insn-attr.h
6611 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6612 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6613 specified for an attribute, the following are defined:
6614
6615 @itemize @bullet
6616 @item
6617 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6618
6619 @item
6620 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6621 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6622 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6623
6624 @item
6625 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6626 returns the attribute value for that insn.
6627 @end itemize
6628
6629 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6630
6631 @smallexample
6632 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6633 @end smallexample
6634
6635 @noindent
6636 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6637
6638 @smallexample
6639 #define HAVE_ATTR_type
6640 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6641                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6642 extern enum attr_type get_attr_type ();
6643 @end smallexample
6644
6645 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6646 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6647 @code{int}.
6648
6649 There are attributes which are tied to a specific meaning.  These
6650 attributes are not free to use for other purposes:
6651
6652 @table @code
6653 @item length
6654 The @code{length} attribute is used to calculate the length of emitted
6655 code chunks.  This is especially important when verifying branch
6656 distances. @xref{Insn Lengths}.
6657
6658 @item enabled
6659 The @code{enabled} attribute can be defined to prevent certain
6660 alternatives of an insn definition from being used during code
6661 generation. @xref{Disable Insn Alternatives}.
6662
6663 @end table
6664
6665 @end ifset
6666 @ifset INTERNALS
6667 @node Expressions
6668 @subsection Attribute Expressions
6669 @cindex attribute expressions
6670
6671 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6672 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6673 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6674
6675 @table @code
6676 @cindex @code{const_int} and attributes
6677 @item (const_int @var{i})
6678 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6679 must be non-negative.
6680
6681 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6682 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6683 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6684 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6685 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6686
6687 @cindex @code{const_string} and attributes
6688 @item (const_string @var{value})
6689 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6690 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6691 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6692 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6693 of a @code{define_attr}.
6694
6695 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6696 must be a string containing a non-negative integer (normally
6697 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6698 contain one of the valid values for the attribute.
6699
6700 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6701 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6702 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6703 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6704 otherwise it is @var{false-value}.
6705
6706 @cindex @code{cond} and attributes
6707 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6708 The first operand of this expression is a vector containing an even
6709 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6710 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6711 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6712 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6713 expression is that of the @var{default} expression.
6714 @end table
6715
6716 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6717
6718 @table @code
6719 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6720 @item (const_int @var{i})
6721 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6722
6723 @cindex @code{not} and attributes
6724 @cindex @code{ior} and attributes
6725 @cindex @code{and} and attributes
6726 @item (not @var{test})
6727 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6728 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6729 These tests are true if the indicated logical function is true.
6730
6731 @cindex @code{match_operand} and attributes
6732 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6733 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6734 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6735 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6736 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6737 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6738 string).
6739
6740 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6741
6742 @cindex @code{le} and attributes
6743 @cindex @code{leu} and attributes
6744 @cindex @code{lt} and attributes
6745 @cindex @code{gt} and attributes
6746 @cindex @code{gtu} and attributes
6747 @cindex @code{ge} and attributes
6748 @cindex @code{geu} and attributes
6749 @cindex @code{ne} and attributes
6750 @cindex @code{eq} and attributes
6751 @cindex @code{plus} and attributes
6752 @cindex @code{minus} and attributes
6753 @cindex @code{mult} and attributes
6754 @cindex @code{div} and attributes
6755 @cindex @code{mod} and attributes
6756 @cindex @code{abs} and attributes
6757 @cindex @code{neg} and attributes
6758 @cindex @code{ashift} and attributes
6759 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6760 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6761 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6762 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6763 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6764 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6765 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6766 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6767 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6768 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6769 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6770 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6771 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6772 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6773 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6774 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6775 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6776
6777 @findex get_attr
6778 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6779 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6780 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6781 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6782 variable.
6783
6784 @findex eq_attr
6785 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6786 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6787
6788 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6789 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6790 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6791 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6792 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6793 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6794 @emph{not} in the specified list.
6795
6796 For example,
6797
6798 @smallexample
6799 (eq_attr "type" "load,store")
6800 @end smallexample
6801
6802 @noindent
6803 is equivalent to
6804
6805 @smallexample
6806 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6807 @end smallexample
6808
6809 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6810 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6811 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6812 example,
6813
6814 @smallexample
6815 (eq_attr "alternative" "2,3")
6816 @end smallexample
6817
6818 @noindent
6819 is equivalent to
6820
6821 @smallexample
6822 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6823      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6824 @end smallexample
6825
6826 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6827 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6828 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6829
6830 @findex attr_flag
6831 @item (attr_flag @var{name})
6832 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6833 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6834 scheduled.
6835
6836 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6837 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6838 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6839 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6840 if a conditional branch is expected to be taken.
6841
6842 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6843 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6844
6845 This example describes a conditional branch delay slot which
6846 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6847 for backward branches which are not taken (annul-false).
6848
6849 @smallexample
6850 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6851   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6852    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6853         (attr_flag "forward"))
6854    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6855         (attr_flag "backward"))])
6856 @end smallexample
6857
6858 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6859 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6860
6861 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6862 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6863 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6864 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6865
6866 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6867 meaning to other passes of the compiler.
6868
6869 @findex attr
6870 @item (attr @var{name})
6871 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6872 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6873 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6874 @end table
6875
6876 @end ifset
6877 @ifset INTERNALS
6878 @node Tagging Insns
6879 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6880 @cindex tagging insns
6881 @cindex assigning attribute values to insns
6882
6883 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6884 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6885 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6886 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6887 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6888 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6889 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6890 permits the specification of the values for only one or two attributes
6891 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6892 next section.
6893
6894 The optional last argument of @code{define_insn} and
6895 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6896 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6897 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6898 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6899 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6900 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6901
6902 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6903 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6904 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6905 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6906 each alternative.
6907
6908 @findex set_attr
6909 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6910 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6911 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6912 of attribute values, one for each alternative.
6913
6914 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6915 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6916
6917 @table @code
6918 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6919 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6920 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6921 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6922 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6923
6924 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6925 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6926 that alternative.
6927
6928 @findex set_attr_alternative
6929 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6930 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6931 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6932 tests on the @samp{alternative} attribute.
6933
6934 @findex attr
6935 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6936 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6937 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6938 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6939 @end table
6940
6941 The following shows three different ways of representing the same
6942 attribute value specification:
6943
6944 @smallexample
6945 (set_attr "type" "load,store,arith")
6946
6947 (set_attr_alternative "type"
6948                       [(const_string "load") (const_string "store")
6949                        (const_string "arith")])
6950
6951 (set (attr "type")
6952      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6953             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6954            (const_string "arith")))
6955 @end smallexample
6956
6957 @need 1000
6958 @findex define_asm_attributes
6959 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6960 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6961 statement.  It has the form:
6962
6963 @smallexample
6964 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6965 @end smallexample
6966
6967 @noindent
6968 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6969 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6970
6971 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6972 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6973
6974 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6975 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6976 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6977 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6978 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6979 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6980 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6981 of a single machine instruction.
6982
6983 @end ifset
6984 @ifset INTERNALS
6985 @node Attr Example
6986 @subsection Example of Attribute Specifications
6987 @cindex attribute specifications example
6988 @cindex attribute specifications
6989
6990 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6991 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6992 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6993 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6994 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6995
6996 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6997 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6998 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6999 operations, floating point operations, and branches.
7000
7001 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
7002 the condition code and will limit ourselves to the following possible
7003 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
7004 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
7005 changed if the item previously set into the condition code has been
7006 modified.
7007
7008 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
7009
7010 @smallexample
7011 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
7012
7013 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
7014              (cond [(eq_attr "type" "load")
7015                         (const_string "change0")
7016                     (eq_attr "type" "store,branch")
7017                         (const_string "unchanged")
7018                     (eq_attr "type" "arith")
7019                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
7020                                       (const_string "set")
7021                                       (const_string "clobber"))]
7022                    (const_string "clobber")))
7023
7024 (define_insn ""
7025   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
7026         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
7027   ""
7028   "@@
7029    move %0,%1
7030    load %0,%1
7031    store %0,%1"
7032   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
7033 @end smallexample
7034
7035 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
7036 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
7037 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
7038 full-word result.
7039
7040 @end ifset
7041 @ifset INTERNALS
7042 @node Insn Lengths
7043 @subsection Computing the Length of an Insn
7044 @cindex insn lengths, computing
7045 @cindex computing the length of an insn
7046
7047 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
7048 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
7049 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
7050 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
7051 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
7052 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
7053
7054 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
7055 arithmetic terms are allowed in test expressions:
7056
7057 @table @code
7058 @cindex @code{match_dup} and attributes
7059 @item (match_dup @var{n})
7060 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
7061 must be a @code{label_ref}.
7062
7063 @cindex @code{pc} and attributes
7064 @item (pc)
7065 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
7066 been more consistent with other usage to make this the address of the
7067 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
7068 current insn is to be computed.
7069 @end table
7070
7071 @cindex @code{addr_vec}, length of
7072 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
7073 For normal insns, the length will be determined by value of the
7074 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
7075 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
7076 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
7077
7078 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
7079
7080 The following macros can be used to refine the length computation:
7081
7082 @table @code
7083 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
7084 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
7085 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
7086 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
7087 that contains the initially computed length of the insn and should be
7088 updated with the correct length of the insn.
7089
7090 This macro will normally not be required.  A case in which it is
7091 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
7092 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
7093 may be required.
7094 @end table
7095
7096 @findex get_attr_length
7097 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
7098 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
7099 determine the form of the branch instruction to be written, as the
7100 example below illustrates.
7101
7102 As an example of the specification of variable-length branches, consider
7103 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
7104 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
7105 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
7106 sequence to load the address from memory and then branch to it.
7107
7108 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
7109 as follows:
7110
7111 @smallexample
7112 (define_insn "jump"
7113   [(set (pc)
7114         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
7115   ""
7116 @{
7117    return (get_attr_length (insn) == 4
7118            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
7119 @}
7120   [(set (attr "length")
7121         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
7122                       (const_int 4)
7123                       (const_int 6)))])
7124 @end smallexample
7125
7126 @end ifset
7127 @ifset INTERNALS
7128 @node Constant Attributes
7129 @subsection Constant Attributes
7130 @cindex constant attributes
7131
7132 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
7133 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
7134 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
7135 used to specify which variety of processor is used.  For example,
7136
7137 @smallexample
7138 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
7139  (const
7140   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
7141          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
7142         (const_string "m88000"))))
7143
7144 (define_attr "memory" "fast,slow"
7145  (const
7146   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
7147                 (const_string "fast")
7148                 (const_string "slow"))))
7149 @end smallexample
7150
7151 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
7152 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
7153 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
7154 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
7155 forms involving insn attributes.
7156
7157 @end ifset
7158 @ifset INTERNALS
7159 @node Delay Slots
7160 @subsection Delay Slot Scheduling
7161 @cindex delay slots, defining
7162
7163 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
7164 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
7165 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
7166 after the instruction are executed as if they were located before it.
7167 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
7168 the following instruction before the branch or call is performed.
7169
7170 On some machines, conditional branch instructions can optionally
7171 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
7172 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
7173 instructions that annul if the branch is true and instructions that
7174 annul if the branch is false are supported.
7175
7176 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
7177 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
7178 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
7179 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
7180 instruction scheduling.
7181
7182 @findex define_delay
7183 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
7184 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
7185
7186 @smallexample
7187 (define_delay @var{test}
7188               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
7189                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
7190                @dots{}])
7191 @end smallexample
7192
7193 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
7194 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
7195 required delay slots is determined by the length of the vector specified
7196 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
7197 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
7198 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
7199 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
7200 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
7201 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
7202
7203 For example, in the common case where branch and call insns require
7204 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
7205 call, the following would be placed in the @file{md} file:
7206
7207 @smallexample
7208 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
7209               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7210 @end smallexample
7211
7212 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
7213 case, each such expression specifies different delay slot requirements
7214 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
7215 expressions are both true.
7216
7217 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
7218 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
7219 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
7220 branch is true, we might represent this as follows:
7221
7222 @smallexample
7223 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
7224    [(eq_attr "type" "!branch,call")
7225     (eq_attr "type" "!branch,call")
7226     (nil)])
7227
7228 (define_delay (eq_attr "type" "call")
7229               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
7230                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
7231 @end smallexample
7232 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
7233
7234 @end ifset
7235 @ifset INTERNALS
7236 @node Processor pipeline description
7237 @subsection Specifying processor pipeline description
7238 @cindex processor pipeline description
7239 @cindex processor functional units
7240 @cindex instruction latency time
7241 @cindex interlock delays
7242 @cindex data dependence delays
7243 @cindex reservation delays
7244 @cindex pipeline hazard recognizer
7245 @cindex automaton based pipeline description
7246 @cindex regular expressions
7247 @cindex deterministic finite state automaton
7248 @cindex automaton based scheduler
7249 @cindex RISC
7250 @cindex VLIW
7251
7252 To achieve better performance, most modern processors
7253 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
7254 processors) have many @dfn{functional units} on which several
7255 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
7256 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
7257 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
7258 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
7259 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
7260 MIPS processors).
7261
7262 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
7263 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
7264 latency time}.  The instruction execution is not started until all
7265 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
7266 complex cases when the instruction execution starts even when the data
7267 are not available but will be ready in given time after the
7268 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
7269 account is simple.  The data dependence (true, output, and
7270 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
7271 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
7272 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
7273 means that two instructions under execution will be in need of shared
7274 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
7275 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
7276 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
7277 processors.
7278
7279 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
7280 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
7281 instruction scheduler has to have an adequate description of the
7282 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
7283 machine descriptions describe processor parallelism and functional
7284 unit reservations for groups of instructions with the aid of
7285 @dfn{regular expressions}.
7286
7287 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
7288 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
7289 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
7290 automatically generated from the processor pipeline description.  The
7291 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
7292 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
7293 the instruction issue is possible if there is a transition from one
7294 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
7295 furthermore, its speed is not dependent on processor
7296 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
7297 processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
7298 can split orthogonal parts of the machine description among several
7299 automata: but then, since each of these must be stepped independently,
7300 this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
7301
7302 @cindex automaton based pipeline description
7303 The rest of this section describes the directives that constitute
7304 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
7305 these constructions within the machine description file is not
7306 important.
7307
7308 @findex define_automaton
7309 @cindex pipeline hazard recognizer
7310 The following optional construction describes names of automata
7311 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
7312 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
7313 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
7314 units to the automata, the total size of the automata is usually
7315 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
7316 construction, only one finite state automaton is generated.
7317
7318 @smallexample
7319 (define_automaton @var{automata-names})
7320 @end smallexample
7321
7322 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
7323 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
7324 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
7325 @code{define_query_cpu_unit}.
7326
7327 @findex define_cpu_unit
7328 @cindex processor functional units
7329 Each processor functional unit used in the description of instruction
7330 reservations should be described by the following construction.
7331
7332 @smallexample
7333 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7334 @end smallexample
7335
7336 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
7337 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
7338 for other goals.
7339
7340 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7341 which the unit is bound.  The automaton should be described in
7342 construction @code{define_automaton}.  You should give
7343 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
7344
7345 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
7346 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
7347 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
7348 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
7349 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
7350 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
7351 description of the subsequent constructions.
7352
7353 @findex define_query_cpu_unit
7354 @cindex querying function unit reservations
7355 The following construction describes CPU functional units analogously
7356 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
7357 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
7358 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
7359 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
7360 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
7361 @acronym{VLIW} insn templates).
7362
7363 @smallexample
7364 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
7365 @end smallexample
7366
7367 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7368 separated by commas.
7369
7370 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7371 which the unit is bound.
7372
7373 @findex define_insn_reservation
7374 @cindex instruction latency time
7375 @cindex regular expressions
7376 @cindex data bypass
7377 The following construction is the major one to describe pipeline
7378 characteristics of an instruction.
7379
7380 @smallexample
7381 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7382                          @var{condition} @var{regexp})
7383 @end smallexample
7384
7385 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7386 instruction.  There is an important difference between the old
7387 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7388 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7389 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7390 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7391 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7392 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7393 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7394 change the default costs for any description by using the target hook
7395 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7396
7397 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7398 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7399 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7400 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7401 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7402
7403 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7404 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7405 @var{condition} for two or more different
7406 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7407 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7408 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7409 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7410 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7411 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7412 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7413 recognizer considerably.
7414
7415 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7416 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7417 expression according to the following syntax:
7418
7419 @smallexample
7420        regexp = regexp "," oneof
7421               | oneof
7422
7423        oneof = oneof "|" allof
7424              | allof
7425
7426        allof = allof "+" repeat
7427              | repeat
7428
7429        repeat = element "*" number
7430               | element
7431
7432        element = cpu_function_unit_name
7433                | reservation_name
7434                | result_name
7435                | "nothing"
7436                | "(" regexp ")"
7437 @end smallexample
7438
7439 @itemize @bullet
7440 @item
7441 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7442 the reservation.
7443
7444 @item
7445 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7446 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7447 regular expression @strong{or} etc.
7448
7449 @item
7450 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7451 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7452 second regular expression @strong{and} etc.
7453
7454 @item
7455 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7456 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7457 advancing (see @samp{,}).
7458
7459 @item
7460 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7461 functional unit.
7462
7463 @item
7464 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7465 @samp{define_reservation}.
7466
7467 @item
7468 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7469 @end itemize
7470
7471 @findex define_reservation
7472 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7473 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7474 the common part by the following construction
7475
7476 @smallexample
7477 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7478 @end smallexample
7479
7480 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7481 Functional unit names and reservation names are in the same name
7482 space.  So the reservation names should be different from the
7483 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7484
7485 @findex define_bypass
7486 @cindex instruction latency time
7487 @cindex data bypass
7488 The following construction is used to describe exceptions in the
7489 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7490
7491 @smallexample
7492 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7493                [@var{guard}])
7494 @end smallexample
7495
7496 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7497 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7498 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7499 the string are separated by commas.
7500
7501 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7502 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7503 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7504 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7505 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7506 of insn @samp{store} (not a stored value).
7507
7508 @findex exclusion_set
7509 @findex presence_set
7510 @findex final_presence_set
7511 @findex absence_set
7512 @findex final_absence_set
7513 @cindex VLIW
7514 @cindex RISC
7515 The following five constructions are usually used to describe
7516 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7517 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7518 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7519
7520 @smallexample
7521 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7522 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7523 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7524 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7525 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7526 @end smallexample
7527
7528 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7529 separated by commas.
7530
7531 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7532 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7533 separated by white-spaces.
7534
7535 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7536 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7537 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7538 example, the construction is useful for describing processors
7539 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7540 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7541 point insns or only double floating point insns.
7542
7543 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7544 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7545 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7546 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7547 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7548 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7549 construction
7550
7551 @smallexample
7552 (presence_set "slot1" "slot0")
7553 @end smallexample
7554
7555 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7556 reservation.  In this case we could write
7557
7558 @smallexample
7559 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7560 @end smallexample
7561
7562 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7563 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7564 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7565 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7566 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7567 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7568 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7569 done on the result reservation.  This construction is useful to
7570 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7571 For example, if we use
7572
7573 @smallexample
7574 (presence_set "slot1" "slot0")
7575 @end smallexample
7576
7577 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7578 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7579
7580 @smallexample
7581 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7582 @end smallexample
7583
7584 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7585
7586 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7587 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7588 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7589 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7590 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7591 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7592 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7593 can be described as:
7594
7595 @smallexample
7596 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7597 @end smallexample
7598
7599 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7600 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7601 this case we could write
7602
7603 @smallexample
7604 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7605 @end smallexample
7606
7607 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7608 automaton.
7609
7610 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7611 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7612 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7613
7614 @findex automata_option
7615 @cindex deterministic finite state automaton
7616 @cindex nondeterministic finite state automaton
7617 @cindex finite state automaton minimization
7618 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7619 the following construction.
7620
7621 @smallexample
7622 (automata_option @var{options})
7623 @end smallexample
7624
7625 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7626 code.  Currently there are the following options:
7627
7628 @itemize @bullet
7629 @item
7630 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7631 only worth to do when we are debugging the description and need to
7632 look more accurately at reservations of states.
7633
7634 @item
7635 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7636 automata.
7637
7638 @item
7639 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7640 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7641
7642 @item
7643 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7644 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7645 verification and debugging.
7646
7647 @item
7648 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7649 non-critical errors.
7650
7651 @item
7652 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7653 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7654 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7655 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7656 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7657 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7658
7659 @item
7660 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7661 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7662 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7663 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7664 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7665 huge automaton.
7666 @end itemize
7667
7668 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7669 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7670 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7671 the following functional units.
7672
7673 @smallexample
7674 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7675 (define_cpu_unit "port0, port1")
7676 @end smallexample
7677
7678 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7679 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7680 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7681 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7682 multiplication insns can be executed only in the second integer
7683 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7684 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7685 integer division insn can not be issued until the current division
7686 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7687 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7688 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7689 incurred.  To describe all of this we could specify
7690
7691 @smallexample
7692 (define_cpu_unit "div")
7693
7694 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7695                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7696
7697 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7698                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7699
7700 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7701                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7702
7703 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7704                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7705
7706 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7707 @end smallexample
7708
7709 To simplify the description we could describe the following reservation
7710
7711 @smallexample
7712 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7713 @end smallexample
7714
7715 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7716 construction
7717
7718 @smallexample
7719 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7720                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7721 @end smallexample
7722
7723
7724 @end ifset
7725 @ifset INTERNALS
7726 @node Conditional Execution
7727 @section Conditional Execution
7728 @cindex conditional execution
7729 @cindex predication
7730
7731 A number of architectures provide for some form of conditional
7732 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7733 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7734 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7735 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7736 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7737
7738 @findex define_cond_exec
7739 @smallexample
7740 (define_cond_exec
7741   [@var{predicate-pattern}]
7742   "@var{condition}"
7743   "@var{output-template}")
7744 @end smallexample
7745
7746 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7747 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7748 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7749 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7750 alternative.
7751
7752 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7753 pattern to match.
7754
7755 @findex current_insn_predicate
7756 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7757 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7758 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7759 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7760 In order to handle the general case, there is a global variable
7761 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7762 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7763
7764 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7765 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7766 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7767 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7768 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7769 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7770 alternative or anything else.
7771
7772 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7773 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7774 generated that matches a predicated version of the instruction.
7775 For example,
7776
7777 @smallexample
7778 (define_insn "addsi"
7779   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7780         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7781                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7782   "@var{test1}"
7783   "add %2,%1,%0")
7784
7785 (define_cond_exec
7786   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7787        (const_int 0))]
7788   "@var{test2}"
7789   "(%0)")
7790 @end smallexample
7791
7792 @noindent
7793 generates a new pattern
7794
7795 @smallexample
7796 (define_insn ""
7797   [(cond_exec
7798      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7799      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7800           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7801                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7802   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7803   "(%3) add %2,%1,%0")
7804 @end smallexample
7805
7806 @end ifset
7807 @ifset INTERNALS
7808 @node Constant Definitions
7809 @section Constant Definitions
7810 @cindex constant definitions
7811 @findex define_constants
7812
7813 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7814 can be a maintenance problem.
7815
7816 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7817 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7818 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7819 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7820 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7821 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7822 a different value.
7823
7824 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7825
7826 @smallexample
7827 (define_insn ""
7828   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7829      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7830            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7831       (use (reg:SI 179))
7832       (clobber (reg:SI 179))])]
7833   ""
7834   "loadm 0,0,%1,%2")
7835 @end smallexample
7836
7837 You could write:
7838
7839 @smallexample
7840 (define_constants [
7841     (R_BP 177)
7842     (R_FC 178)
7843     (R_CR 179)
7844     (R_Q  180)
7845 ])
7846
7847 (define_insn ""
7848   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7849      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7850            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7851       (use (reg:SI R_CR))
7852       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7853   ""
7854   "loadm 0,0,%1,%2")
7855 @end smallexample
7856
7857 The constants that are defined with a define_constant are also output
7858 in the insn-codes.h header file as #defines.
7859 @end ifset
7860 @ifset INTERNALS
7861 @node Iterators
7862 @section Iterators
7863 @cindex iterators in @file{.md} files
7864
7865 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7866 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple iterator
7867 facilities to make this process easier.
7868
7869 @menu
7870 * Mode Iterators::         Generating variations of patterns for different modes.
7871 * Code Iterators::         Doing the same for codes.
7872 @end menu
7873
7874 @node Mode Iterators
7875 @subsection Mode Iterators
7876 @cindex mode iterators in @file{.md} files
7877
7878 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7879 For example:
7880
7881 @itemize @bullet
7882 @item
7883 If a processor has hardware support for both single and double
7884 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7885 very similar to the @code{DFmode} ones.
7886
7887 @item
7888 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7889 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7890 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7891 @end itemize
7892
7893 Mode iterators allow several patterns to be instantiated from one
7894 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7895 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7896 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7897
7898 @menu
7899 * Defining Mode Iterators:: Defining a new mode iterator.
7900 * Substitutions::           Combining mode iterators with substitutions
7901 * Examples::                Examples
7902 @end menu
7903
7904 @node Defining Mode Iterators
7905 @subsubsection Defining Mode Iterators
7906 @findex define_mode_iterator
7907
7908 The syntax for defining a mode iterator is:
7909
7910 @smallexample
7911 (define_mode_iterator @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{moden} "@var{condn}")])
7912 @end smallexample
7913
7914 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7915 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7916 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7917 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7918 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7919 C condition will also require that @var{condi} be true.
7920
7921 For example:
7922
7923 @smallexample
7924 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7925 @end smallexample
7926
7927 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7928 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7929 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7930 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7931 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7932
7933 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7934 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7935 to @code{@var{mode}}.  For example:
7936
7937 @smallexample
7938 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7939 @end smallexample
7940
7941 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7942 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7943
7944 Iterators are applied in the order they are defined.  This can be
7945 significant if two iterators are used in a construct that requires
7946 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7947
7948 @node Substitutions
7949 @subsubsection Substitution in Mode Iterators
7950 @findex define_mode_attr
7951
7952 If an @file{.md} file construct uses mode iterators, each version of the
7953 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7954 example:
7955
7956 @itemize @bullet
7957 @item
7958 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7959 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7960 appropriate mode name for @var{m}.
7961
7962 @item
7963 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7964 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7965
7966 @item
7967 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7968 using an iterator for one of the operand modes usually requires a specific
7969 mode for the other operand(s).
7970 @end itemize
7971
7972 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7973 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7974 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7975 upper case.  You can define other attributes using:
7976
7977 @smallexample
7978 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") @dots{} (@var{moden} "@var{valuen}")])
7979 @end smallexample
7980
7981 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7982 is the value associated with @var{modei}.
7983
7984 When GCC replaces some @var{:iterator} with @var{:mode}, it will scan
7985 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7986 @code{<@var{iterator}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7987 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7988 @code{<@dots{}>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7989 value.
7990
7991 For example, suppose an @file{.md} file has:
7992
7993 @smallexample
7994 (define_mode_iterator P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7995 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7996 @end smallexample
7997
7998 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7999 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
8000 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
8001 @code{"ld\t%0,%1"}.
8002
8003 Here is an example of using an attribute for a mode:
8004
8005 @smallexample
8006 (define_mode_iterator LONG [SI DI])
8007 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
8008 (define_insn @dots{}
8009   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> @dots{})) @dots{})
8010 @end smallexample
8011
8012 The @code{@var{iterator}:} prefix may be omitted, in which case the
8013 substitution will be attempted for every iterator expansion.
8014
8015 @node Examples
8016 @subsubsection Mode Iterator Examples
8017
8018 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
8019 modes and attributes (among others):
8020
8021 @smallexample
8022 (define_mode_iterator GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
8023 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
8024 @end smallexample
8025
8026 and uses the following template to define both @code{subsi3}
8027 and @code{subdi3}:
8028
8029 @smallexample
8030 (define_insn "sub<mode>3"
8031   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
8032         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
8033                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
8034   ""
8035   "<d>subu\t%0,%1,%2"
8036   [(set_attr "type" "arith")
8037    (set_attr "mode" "<MODE>")])
8038 @end smallexample
8039
8040 This is exactly equivalent to:
8041
8042 @smallexample
8043 (define_insn "subsi3"
8044   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
8045         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
8046                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
8047   ""
8048   "subu\t%0,%1,%2"
8049   [(set_attr "type" "arith")
8050    (set_attr "mode" "SI")])
8051
8052 (define_insn "subdi3"
8053   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
8054         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
8055                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
8056   ""
8057   "dsubu\t%0,%1,%2"
8058   [(set_attr "type" "arith")
8059    (set_attr "mode" "DI")])
8060 @end smallexample
8061
8062 @node Code Iterators
8063 @subsection Code Iterators
8064 @cindex code iterators in @file{.md} files
8065 @findex define_code_iterator
8066 @findex define_code_attr
8067
8068 Code iterators operate in a similar way to mode iterators.  @xref{Mode Iterators}.
8069
8070 The construct:
8071
8072 @smallexample
8073 (define_code_iterator @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") @dots{} (@var{coden} "@var{condn}")])
8074 @end smallexample
8075
8076 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
8077 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
8078 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
8079
8080 As with mode iterators, each pattern that uses @var{name} will be
8081 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
8082 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
8083 @xref{Defining Mode Iterators}.
8084
8085 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
8086 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
8087 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
8088 Other attributes are defined using:
8089
8090 @smallexample
8091 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") @dots{} (@var{coden} "@var{valuen}")])
8092 @end smallexample
8093
8094 Here's an example of code iterators in action, taken from the MIPS port:
8095
8096 @smallexample
8097 (define_code_iterator any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
8098                                 eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
8099
8100 (define_expand "b<code>"
8101   [(set (pc)
8102         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
8103                                    (const_int 0))
8104                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8105                       (pc)))]
8106   ""
8107 @{
8108   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
8109   DONE;
8110 @})
8111 @end smallexample
8112
8113 This is equivalent to:
8114
8115 @smallexample
8116 (define_expand "bunordered"
8117   [(set (pc)
8118         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
8119                                     (const_int 0))
8120                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8121                       (pc)))]
8122   ""
8123 @{
8124   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
8125   DONE;
8126 @})
8127
8128 (define_expand "bordered"
8129   [(set (pc)
8130         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
8131                                   (const_int 0))
8132                       (label_ref (match_operand 0 ""))
8133                       (pc)))]
8134   ""
8135 @{
8136   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
8137   DONE;
8138 @})
8139
8140 @dots{}
8141 @end smallexample
8142
8143 @end ifset