OSDN Git Service

* doc/md.texi (Blackfin family constraints): Document PA and PB.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
903
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
907
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
922
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
929
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
941
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
948
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
955
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
961
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
964
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
973
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
976
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
982 @{
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
986
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
989 @})
990 @end group
991 @end smallexample
992
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1005
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1009
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1015
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1024
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1029
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1037
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1046
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1054 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1055 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1056 @end menu
1057 @end ifset
1058
1059 @ifclear INTERNALS
1060 @menu
1061 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1062 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1063 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1064 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1065 @end menu
1066 @end ifclear
1067
1068 @node Simple Constraints
1069 @subsection Simple Constraints
1070 @cindex simple constraints
1071
1072 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1073 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1074 the letters that are allowed:
1075
1076 @table @asis
1077 @item whitespace
1078 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1079 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1080 be visually aligned in the machine description even if they have different
1081 number of constraints and modifiers.
1082
1083 @cindex @samp{m} in constraint
1084 @cindex memory references in constraints
1085 @item @samp{m}
1086 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1087 supports in general.
1088
1089 @cindex offsettable address
1090 @cindex @samp{o} in constraint
1091 @item @samp{o}
1092 A memory operand is allowed, but only if the address is
1093 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1094 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1095 may be added to the address and the result is also a valid memory
1096 address.
1097
1098 @cindex autoincrement/decrement addressing
1099 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1100 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1101 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1102 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1103 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1104 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1105 addressing modes that the machine supports.
1106
1107 Note that in an output operand which can be matched by another
1108 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1109 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1110 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1111
1112 @cindex @samp{V} in constraint
1113 @item @samp{V}
1114 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1115 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1116
1117 @cindex @samp{<} in constraint
1118 @item @samp{<}
1119 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1120 postdecrement) is allowed.
1121
1122 @cindex @samp{>} in constraint
1123 @item @samp{>}
1124 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1125 postincrement) is allowed.
1126
1127 @cindex @samp{r} in constraint
1128 @cindex registers in constraints
1129 @item @samp{r}
1130 A register operand is allowed provided that it is in a general
1131 register.
1132
1133 @cindex constants in constraints
1134 @cindex @samp{i} in constraint
1135 @item @samp{i}
1136 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1137 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1138 assembly time or later.
1139
1140 @cindex @samp{n} in constraint
1141 @item @samp{n}
1142 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1143 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1144 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1145 rather than @samp{i}.
1146
1147 @cindex @samp{I} in constraint
1148 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1149 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1150 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1151 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1152 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1153 This is the range permitted as a shift count in the shift
1154 instructions.
1155
1156 @cindex @samp{E} in constraint
1157 @item @samp{E}
1158 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1159 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1160 that of the host machine (on which the compiler is running).
1161
1162 @cindex @samp{F} in constraint
1163 @item @samp{F}
1164 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1165 @code{const_vector}) is allowed.
1166
1167 @cindex @samp{G} in constraint
1168 @cindex @samp{H} in constraint
1169 @item @samp{G}, @samp{H}
1170 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1171 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1172
1173 @cindex @samp{s} in constraint
1174 @item @samp{s}
1175 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1176 allowed.
1177
1178 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1179 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1180 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1181 better code to be generated.
1182
1183 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1184 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1185 and 127, better code results from loading the value into a register and
1186 using the register.  This is because the load into the register can be
1187 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1188 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1189 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1190 constraints.
1191
1192 @cindex @samp{g} in constraint
1193 @item @samp{g}
1194 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1195 registers that are not general registers.
1196
1197 @cindex @samp{X} in constraint
1198 @item @samp{X}
1199 @ifset INTERNALS
1200 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1201 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1202 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1203 require a scratch register.
1204 @end ifset
1205 @ifclear INTERNALS
1206 Any operand whatsoever is allowed.
1207 @end ifclear
1208
1209 @cindex @samp{0} in constraint
1210 @cindex digits in constraint
1211 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1212 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1213 digit is used together with letters within the same alternative, the
1214 digit should come last.
1215
1216 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1217 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1218 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1219 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1220 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1221 can use multiple alternatives instead.
1222
1223 @cindex matching constraint
1224 @cindex constraint, matching
1225 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1226 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1227 @ifset INTERNALS
1228 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1229 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1230 @end ifset
1231 @ifclear INTERNALS
1232 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1233 two input operands and an output operand, but on most CISC
1234 @end ifclear
1235 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1236 input-output operand:
1237
1238 @smallexample
1239 addl #35,r12
1240 @end smallexample
1241
1242 Matching constraints are used in these circumstances.
1243 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1244 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1245 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1246 constraint.
1247
1248 @ifset INTERNALS
1249 For operands to match in a particular case usually means that they
1250 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1251 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1252 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1253 For proper results in such cases, the output template should always
1254 use the output-operand's number when printing the operand.
1255 @end ifset
1256
1257 @cindex load address instruction
1258 @cindex push address instruction
1259 @cindex address constraints
1260 @cindex @samp{p} in constraint
1261 @item @samp{p}
1262 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1263 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1264
1265 @findex address_operand
1266 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1267 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1268 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1269 reference for which the address would be valid.
1270
1271 @cindex other register constraints
1272 @cindex extensible constraints
1273 @item @var{other-letters}
1274 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1275 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1276 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1277 for data, address and floating point registers.
1278 @end table
1279
1280 @ifset INTERNALS
1281 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1282 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1283 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1284 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1285 done by copying an operand into a register.
1286
1287 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1288
1289 @smallexample
1290 (define_insn ""
1291   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1292         (plus:SI (match_dup 0)
1293                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1294   ""
1295   "@dots{}")
1296 @end smallexample
1297
1298 @noindent
1299 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1300
1301 @smallexample
1302 (define_insn ""
1303   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1304         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1305                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1306   ""
1307   "@dots{}")
1308 @end smallexample
1309
1310 @noindent
1311 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1312 identical.  If we are considering an insn of the form
1313
1314 @smallexample
1315 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1316   (set (reg:SI 3)
1317        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1318   @dots{})
1319 @end smallexample
1320
1321 @noindent
1322 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1323 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1324 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1325 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1326 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1327 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1328 results might look like this:
1329
1330 @smallexample
1331 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1332   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1333   @dots{})
1334
1335 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1336   (set (reg:SI 3)
1337        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1338   @dots{})
1339 @end smallexample
1340
1341 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1342 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1343 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1344 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1345 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1346 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1347 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1348 reloading any possible operand so that it will fit.
1349
1350 @itemize @bullet
1351 @item
1352 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1353 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1354
1355 For example, an operand whose constraints permit everything except
1356 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1357
1358 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1359 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1360 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1361 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1362 more selective.
1363
1364 @item
1365 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1366 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1367 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1368 compiler knows how to copy a register into another register of the
1369 proper class in order to make an instruction valid.
1370
1371 @cindex nonoffsettable memory reference
1372 @cindex memory reference, nonoffsettable
1373 @item
1374 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1375 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1376 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1377
1378 @item
1379 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1380 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1381 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1382 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1383
1384 @item
1385 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1386 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1387 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1388 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1389 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1390 objects allowed by the constraint.
1391 @end itemize
1392
1393 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1394 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1395 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1396 how to copy a register temporarily into memory.
1397
1398 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1399 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1400 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1401 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1402 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1403 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1404 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1405 @code{sign_extend}.
1406 @end ifset
1407
1408 @node Multi-Alternative
1409 @subsection Multiple Alternative Constraints
1410 @cindex multiple alternative constraints
1411
1412 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1413 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1414 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1415 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1416 another.
1417
1418 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1419 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1420 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1421 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1422 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1423 @ifset INTERNALS
1424 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1425
1426 @smallexample
1427 (define_insn "iorsi3"
1428   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1429         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1430                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1431   @dots{})
1432 @end smallexample
1433
1434 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1435 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1436 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1437 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1438 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1439 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1440 @end ifset
1441
1442 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1443 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1444 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1445 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1446 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1447 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1448 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1449
1450 @table @code
1451 @cindex @samp{?} in constraint
1452 @cindex question mark
1453 @item ?
1454 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1455 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1456 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1457 in it.
1458
1459 @cindex @samp{!} in constraint
1460 @cindex exclamation point
1461 @item !
1462 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1463 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1464 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1465 @end table
1466
1467 @ifset INTERNALS
1468 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1469 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1470 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1471 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1472 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1473 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1474 @end ifset
1475
1476 @ifset INTERNALS
1477 @node Class Preferences
1478 @subsection Register Class Preferences
1479 @cindex class preference constraints
1480 @cindex register class preference constraints
1481
1482 @cindex voting between constraint alternatives
1483 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1484 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1485 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1486 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1487 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1488 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1489 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1490 favor of a general register.  The machine description says which registers
1491 are considered general.
1492
1493 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1494 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1495 @end ifset
1496
1497 @node Modifiers
1498 @subsection Constraint Modifier Characters
1499 @cindex modifiers in constraints
1500 @cindex constraint modifier characters
1501
1502 @c prevent bad page break with this line
1503 Here are constraint modifier characters.
1504
1505 @table @samp
1506 @cindex @samp{=} in constraint
1507 @item =
1508 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1509 value is discarded and replaced by output data.
1510
1511 @cindex @samp{+} in constraint
1512 @item +
1513 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1514
1515 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1516 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1517 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1518 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1519 are assumed to be input only.
1520
1521 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1522 first character of the constraint string.
1523
1524 @cindex @samp{&} in constraint
1525 @cindex earlyclobber operand
1526 @item &
1527 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1528 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1529 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1530 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1531 address.
1532
1533 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1534 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1535 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1536 @samp{movdf} insn of the 68000.
1537
1538 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1539 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1540 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1541 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1542 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1543
1544 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1545
1546 @cindex @samp{%} in constraint
1547 @item %
1548 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1549 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1550 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1551 constraints.
1552 @ifset INTERNALS
1553 This is often used in patterns for addition instructions
1554 that really have only two operands: the result must go in one of the
1555 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1556 instruction is defined:
1557
1558 @smallexample
1559 (define_insn "addhi3"
1560   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1561      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1562               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1563   @dots{})
1564 @end smallexample
1565 @end ifset
1566 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1567 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1568 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1569 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1570 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1571 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1572 @samp{%} to make the intended insn match.
1573
1574 @cindex @samp{#} in constraint
1575 @item #
1576 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1577 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1578 register preferences.
1579
1580 @cindex @samp{*} in constraint
1581 @item *
1582 Says that the following character should be ignored when choosing
1583 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1584 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1585
1586 @ifset INTERNALS
1587 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1588 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1589 copying it into an address register.  While either kind of register is
1590 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1591 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1592 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1593 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1594 register preferences.
1595
1596 @smallexample
1597 (define_insn "extendhisi2"
1598   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1599         (sign_extend:SI
1600          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1601   @dots{})
1602 @end smallexample
1603 @end ifset
1604 @end table
1605
1606 @node Machine Constraints
1607 @subsection Constraints for Particular Machines
1608 @cindex machine specific constraints
1609 @cindex constraints, machine specific
1610
1611 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1612 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1613 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1614 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1615 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1616 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1617 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1618 immediate-constant format.
1619
1620 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1621 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1622 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1623 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1624 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1625 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1626 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1627 table heading for each architecture is the definitive reference for
1628 the meanings of that architecture's constraints.
1629  
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1635
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1638
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1642
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1646
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1651
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1654
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1657
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1660
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1663
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1667
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1670
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1673
1674 @item Uv
1675 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1676
1677 @item Uy
1678 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1679
1680 @item Uq
1681 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1682 @end table
1683
1684 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1688
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1691
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1694
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1697
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1700
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1703
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1706
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1709
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1712
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1715
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1718
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1721
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1724
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1727
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1730
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1733
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1736
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1739
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1742
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1746
1747 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1748 @table @code
1749
1750 @item b
1751 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1752
1753 @item l
1754 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1755
1756 @item h
1757 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1758
1759 @item k
1760 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1761
1762 @item I
1763 Constant that fits in 3 bits
1764
1765 @item J
1766 Constant that fits in 4 bits
1767
1768 @item K
1769 Constant that fits in 5 bits
1770
1771 @item L
1772 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1773
1774 @item G
1775 Floating point constant that is legal for store immediate
1776 @end table
1777
1778 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1779 @table @code
1780 @item b
1781 Address base register
1782
1783 @item f
1784 Floating point register
1785
1786 @item v
1787 Vector register
1788
1789 @item h
1790 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1791
1792 @item q
1793 @samp{MQ} register
1794
1795 @item c
1796 @samp{CTR} register
1797
1798 @item l
1799 @samp{LINK} register
1800
1801 @item x
1802 @samp{CR} register (condition register) number 0
1803
1804 @item y
1805 @samp{CR} register (condition register)
1806
1807 @item z
1808 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1809
1810 @item I
1811 Signed 16-bit constant
1812
1813 @item J
1814 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1815 @code{SImode} constants)
1816
1817 @item K
1818 Unsigned 16-bit constant
1819
1820 @item L
1821 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1822
1823 @item M
1824 Constant larger than 31
1825
1826 @item N
1827 Exact power of 2
1828
1829 @item O
1830 Zero
1831
1832 @item P
1833 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1834
1835 @item G
1836 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1837 instruction per word
1838
1839 @item H
1840 Integer/Floating point constant that can be loaded into a register using
1841 three instructions
1842
1843 @item Q
1844 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1845 for @code{asm} statements)
1846
1847 @item Z
1848 Memory operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{m} is
1849 preferable for @code{asm} statements)
1850
1851 @item R
1852 AIX TOC entry
1853
1854 @item a
1855 Address operand that is an indexed or indirect from a register (@samp{p} is
1856 preferable for @code{asm} statements)
1857
1858 @item S
1859 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1860
1861 @item T
1862 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1863
1864 @item U
1865 System V Release 4 small data area reference
1866
1867 @item t
1868 AND masks that can be performed by two rldic@{l, r@} instructions
1869
1870 @item W
1871 Vector constant that does not require memory
1872
1873 @end table
1874
1875 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1876 @table @code
1877 @item I
1878 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1879
1880 @item J
1881 The constant 0.
1882
1883 @item K
1884 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1885
1886 @item L
1887 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1888 bits are zero).
1889
1890 @item M
1891 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1892 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1893
1894 @item N
1895 Negative 16-bit constants other than -65536.
1896
1897 @item O
1898 A 15-bit signed integer constant.
1899
1900 @item P
1901 A positive 16-bit constant.
1902 @end table
1903
1904 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1905 @table @code
1906 @item R
1907 Legacy register---the eight integer registers available on all
1908 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1909 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1910
1911 @item q
1912 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1913 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1914
1915 @item Q
1916 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1917 @code{c}, and @code{d}.
1918
1919 @ifset INTERNALS
1920 @item l
1921 Any register that can be used as the index in a base+index memory
1922 access: that is, any general register except the stack pointer.
1923 @end ifset
1924
1925 @item a
1926 The @code{a} register.
1927
1928 @item b
1929 The @code{b} register.
1930
1931 @item c
1932 The @code{c} register.
1933
1934 @item d
1935 The @code{d} register.
1936
1937 @item S
1938 The @code{si} register.
1939
1940 @item D
1941 The @code{di} register.
1942
1943 @item A
1944 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
1945 return half the result in one and half in the other).
1946
1947 @item f
1948 Any 80387 floating-point (stack) register.
1949
1950 @item t
1951 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
1952
1953 @item u
1954 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
1955
1956 @item y
1957 Any MMX register.
1958
1959 @item x
1960 Any SSE register.
1961
1962 @ifset INTERNALS
1963 @item Y
1964 Any SSE2 register.
1965 @end ifset
1966
1967 @item I
1968 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
1969
1970 @item J
1971 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
1972
1973 @item K
1974 Signed 8-bit integer constant.
1975
1976 @item L
1977 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
1978
1979 @item M
1980 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
1981
1982 @item N
1983 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
1984 instructions).
1985
1986 @ifset INTERNALS
1987 @item O
1988 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
1989 @end ifset
1990
1991 @item G
1992 Standard 80387 floating point constant.
1993
1994 @item C
1995 Standard SSE floating point constant.
1996
1997 @item e
1998 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
1999 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
2000 instructions).
2001
2002 @item Z
2003 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
2004 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
2005 instructions).
2006
2007 @end table
2008
2009 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
2010 @table @code
2011 @item a
2012 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
2013
2014 @item b
2015 Branch register
2016
2017 @item c
2018 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2019
2020 @item d
2021 Application register residing in M-unit
2022
2023 @item e
2024 Application register residing in I-unit
2025
2026 @item f
2027 Floating-point register
2028
2029 @item m
2030 Memory operand.
2031 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2032 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2033 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2034
2035 @item G
2036 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2037
2038 @item I
2039 14-bit signed integer constant
2040
2041 @item J
2042 22-bit signed integer constant
2043
2044 @item K
2045 8-bit signed integer constant for logical instructions
2046
2047 @item L
2048 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2049
2050 @item M
2051 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2052
2053 @item N
2054 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2055
2056 @item O
2057 The constant zero
2058
2059 @item P
2060 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2061
2062 @item Q
2063 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2064
2065 @item R
2066 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2067
2068 @item S
2069 Memory operand except postincrement and postdecrement
2070 @end table
2071
2072 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2073 @table @code
2074 @item a
2075 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2076
2077 @item b
2078 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2079
2080 @item c
2081 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2082 @code{icc0} to @code{icc3}).
2083
2084 @item d
2085 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2086
2087 @item e
2088 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2089 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2090 mode larger than 4 bytes.
2091
2092 @item f
2093 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2094
2095 @item h
2096 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2097 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2098 mode larger than 4 bytes.
2099
2100 @item l
2101 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2102
2103 @item q
2104 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2105 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2106 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2107
2108 @item t
2109 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2110
2111 @item u
2112 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2113
2114 @item v
2115 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2116
2117 @item w
2118 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2119
2120 @item x
2121 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2122 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2123 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2124
2125 @item z
2126 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2127
2128 @item A
2129 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2130
2131 @item B
2132 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2133
2134 @item C
2135 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2136
2137 @item G
2138 Floating point constant zero
2139
2140 @item I
2141 6-bit signed integer constant
2142
2143 @item J
2144 10-bit signed integer constant
2145
2146 @item L
2147 16-bit signed integer constant
2148
2149 @item M
2150 16-bit unsigned integer constant
2151
2152 @item N
2153 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2154 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2155
2156 @item O
2157 Constant zero
2158
2159 @item P
2160 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2161 range of 1 to 2047.
2162
2163 @end table
2164
2165 @item Blackfin family---@file{config/bfin/bfin.h}
2166 @table @code
2167 @item a
2168 P register
2169
2170 @item d
2171 D register
2172
2173 @item z
2174 A call clobbered P register.
2175
2176 @item D
2177 Even-numbered D register
2178
2179 @item W
2180 Odd-numbered D register
2181
2182 @item e
2183 Accumulator register.
2184
2185 @item A
2186 Even-numbered accumulator register.
2187
2188 @item B
2189 Odd-numbered accumulator register.
2190
2191 @item b
2192 I register
2193
2194 @item v
2195 B register
2196
2197 @item f
2198 M register
2199
2200 @item c
2201 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2202
2203 @item C
2204 The CC register.
2205
2206 @item t
2207 LT0 or LT1.
2208
2209 @item k
2210 LC0 or LC1.
2211
2212 @item u
2213 LB0 or LB1.
2214
2215 @item x
2216 Any D, P, B, M, I or L register.
2217
2218 @item y
2219 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2220 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2221
2222 @item w
2223 Any register except accumulators or CC.
2224
2225 @item Ksh
2226 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2227
2228 @item Kuh
2229 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2230
2231 @item Ks7
2232 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2233
2234 @item Ku7
2235 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2236
2237 @item Ku5
2238 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2239
2240 @item Ks4
2241 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2242
2243 @item Ks3
2244 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2245
2246 @item Ku3
2247 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2248
2249 @item P@var{n}
2250 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2251
2252 @item PA
2253 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2254 use with either accumulator.
2255
2256 @item PB
2257 An integer equal to one of the MACFLAG_XXX constants that is suitable for
2258 use only with accumulator A1.
2259
2260 @item M1
2261 Constant 255.
2262
2263 @item M2
2264 Constant 65535.
2265
2266 @item J
2267 An integer constant with exactly a single bit set.
2268
2269 @item L
2270 An integer constant with all bits set except exactly one.
2271
2272 @item H
2273
2274 @item Q
2275 Any SYMBOL_REF.
2276 @end table
2277
2278 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2279 @table @code
2280 @item Rsp
2281 @itemx Rfb
2282 @itemx Rsb
2283 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2284
2285 @item Rcr
2286 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2287 registers are 24 bits wide)
2288
2289 @item Rcl
2290 Any control register, when they're 24 bits wide.
2291
2292 @item R0w
2293 @itemx R1w
2294 @itemx R2w
2295 @itemx R3w
2296 $r0, $r1, $r2, $r3.
2297
2298 @item R02
2299 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2300
2301 @item R13
2302 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2303
2304 @item Rdi
2305 A register that can hold a 64 bit value.
2306
2307 @item Rhl
2308 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2309
2310 @item R23
2311 $r2 or $r3
2312
2313 @item Raa
2314 Address registers
2315
2316 @item Raw
2317 Address registers when they're 16 bits wide.
2318
2319 @item Ral
2320 Address registers when they're 24 bits wide.
2321
2322 @item Rqi
2323 Registers that can hold QI values.
2324
2325 @item Rad
2326 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2327
2328 @item Rsi
2329 Registers that can hold 32 bit values.
2330
2331 @item Rhi
2332 Registers that can hold 16 bit values.
2333
2334 @item Rhc
2335 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2336 registers.
2337
2338 @item Rra
2339 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2340
2341 @item Rfl
2342 The flags register.
2343
2344 @item Rmm
2345 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2346
2347 @item Rpi
2348 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2349 bit registers for m32cm, m32c).
2350
2351 @item Rpa
2352 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2353 Used to match function return values.
2354
2355 @item Is3
2356 -8 @dots{} 7
2357
2358 @item IS1
2359 -128 @dots{} 127
2360
2361 @item IS2
2362 -32768 @dots{} 32767
2363
2364 @item IU2
2365 0 @dots{} 65535
2366
2367 @item In4
2368 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2369
2370 @item In5
2371 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2372
2373 @item In6
2374 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2375
2376 @item IM2
2377 -65536 @dots{} -1
2378
2379 @item Ilb
2380 An 8 bit value with exactly one bit set.
2381
2382 @item Ilw
2383 A 16 bit value with exactly one bit set.
2384
2385 @item Sd
2386 The common src/dest memory addressing modes.
2387
2388 @item Sa
2389 Memory addressed using $a0 or $a1.
2390
2391 @item Si
2392 Memory addressed with immediate addresses.
2393
2394 @item Ss
2395 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2396
2397 @item Sf
2398 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2399
2400 @item Ss
2401 Memory addressed using the small base register ($sb).
2402
2403 @item S1
2404 $r1h
2405 @end table
2406
2407 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2408 @table @code
2409 @item d
2410 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2411 generating MIPS16 code.
2412
2413 @item f
2414 A floating-point register (if available).
2415
2416 @item h
2417 The @code{hi} register.
2418
2419 @item l
2420 The @code{lo} register.
2421
2422 @item x
2423 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2424
2425 @item c
2426 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2427 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2428
2429 @item y
2430 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2431
2432 @item z
2433 A floating-point condition code register.
2434
2435 @item I
2436 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2437
2438 @item J
2439 Integer zero.
2440
2441 @item K
2442 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2443
2444 @item L
2445 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2446 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2447
2448 @item M
2449 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2450 or @code{ori}.
2451
2452 @item N
2453 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2454
2455 @item O
2456 A signed 15-bit constant.
2457
2458 @item P
2459 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2460
2461 @item G
2462 Floating-point zero.
2463
2464 @item R
2465 An address that can be used in a non-macro load or store.
2466 @end table
2467
2468 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/m68k.h}
2469 @table @code
2470 @item a
2471 Address register
2472
2473 @item d
2474 Data register
2475
2476 @item f
2477 68881 floating-point register, if available
2478
2479 @item I
2480 Integer in the range 1 to 8
2481
2482 @item J
2483 16-bit signed number
2484
2485 @item K
2486 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2487
2488 @item L
2489 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2490
2491 @item M
2492 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2493
2494 @item G
2495 Floating point constant that is not a 68881 constant
2496 @end table
2497
2498 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2499 @table @code
2500 @item a
2501 Register `a'
2502
2503 @item b
2504 Register `b'
2505
2506 @item d
2507 Register `d'
2508
2509 @item q
2510 An 8-bit register
2511
2512 @item t
2513 Temporary soft register _.tmp
2514
2515 @item u
2516 A soft register _.d1 to _.d31
2517
2518 @item w
2519 Stack pointer register
2520
2521 @item x
2522 Register `x'
2523
2524 @item y
2525 Register `y'
2526
2527 @item z
2528 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2529
2530 @item A
2531 An address register: x, y or z
2532
2533 @item B
2534 An address register: x or y
2535
2536 @item D
2537 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2538
2539 @item L
2540 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2541
2542 @item M
2543 Constants whose 16-bit low part is zero
2544
2545 @item N
2546 Constant integer 1 or @minus{}1
2547
2548 @item O
2549 Constant integer 16
2550
2551 @item P
2552 Constants in the range @minus{}8 to 2
2553
2554 @end table
2555
2556 @need 1000
2557 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2558 @table @code
2559 @item f
2560 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2561 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2562
2563 @item e
2564 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2565 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2566 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2567
2568 @item c
2569 Floating-point condition code register.
2570
2571 @item d
2572 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2573 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2574
2575 @item b
2576 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2577 when the Visual Instruction Set is available.
2578
2579 @item h
2580 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2581
2582 @item I
2583 Signed 13-bit constant
2584
2585 @item J
2586 Zero
2587
2588 @item K
2589 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2590 loaded with the @code{sethi} instruction)
2591
2592 @item L
2593 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2594
2595 @item M
2596 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2597
2598 @item N
2599 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2600 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2601 modes wider than @code{SImode}
2602
2603 @item O
2604 The constant 4096
2605
2606 @item G
2607 Floating-point zero
2608
2609 @item H
2610 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2611
2612 @item Q
2613 Floating-point constant whose integral representation can
2614 be moved into an integer register using a single sethi
2615 instruction
2616
2617 @item R
2618 Floating-point constant whose integral representation can
2619 be moved into an integer register using a single mov
2620 instruction
2621
2622 @item S
2623 Floating-point constant whose integral representation can
2624 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2625 instruction sequence
2626
2627 @item T
2628 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2629
2630 @item U
2631 Even register
2632
2633 @item W
2634 Memory address for @samp{e} constraint registers
2635
2636 @item Y
2637 Vector zero
2638
2639 @end table
2640
2641 @item SPU---@file{config/spu/spu.h}
2642 @table @code
2643 @item a
2644 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2645
2646 @item c
2647 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2648
2649 @item d
2650 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 64 bit value.  
2651
2652 @item f
2653 An immediate which can be loaded with @code{fsmbi}.  
2654
2655 @item A
2656 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2657
2658 @item B
2659 An immediate for most arithmetic instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2660
2661 @item C
2662 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2663
2664 @item D
2665 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2666
2667 @item I
2668 A constant in the range [-64, 63] for shift/rotate instructions.  
2669
2670 @item J
2671 An unsigned 7-bit constant for conversion/nop/channel instructions.  
2672
2673 @item K
2674 A signed 10-bit constant for most arithmetic instructions.  
2675
2676 @item M
2677 A signed 16 bit immediate for @code{stop}.  
2678
2679 @item N
2680 An unsigned 16-bit constant for @code{iohl} and @code{fsmbi}.  
2681
2682 @item O
2683 An unsigned 7-bit constant whose 3 least significant bits are 0.  
2684
2685 @item P
2686 An unsigned 3-bit constant for 16-byte rotates and shifts 
2687
2688 @item R
2689 Call operand, reg, for indirect calls 
2690
2691 @item S
2692 Call operand, symbol, for relative calls.  
2693
2694 @item T
2695 Call operand, const_int, for absolute calls.  
2696
2697 @item U
2698 An immediate which can be loaded with the il/ila/ilh/ilhu instructions.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2699
2700 @item W
2701 An immediate for shift and rotate instructions.  const_int is treated as a 32 bit value.  
2702
2703 @item Y
2704 An immediate for and/xor/or instructions.  const_int is sign extended as a 128 bit.  
2705
2706 @item Z
2707 An immediate for the @code{iohl} instruction.  const_int is sign extended to 128 bit.  
2708
2709 @end table
2710
2711 @item TMS320C3x/C4x---@file{config/c4x/c4x.h}
2712 @table @code
2713 @item a
2714 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2715
2716 @item b
2717 Stack pointer register (sp)
2718
2719 @item c
2720 Standard (32-bit) precision integer register
2721
2722 @item f
2723 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2724
2725 @item k
2726 Block count register (bk)
2727
2728 @item q
2729 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2730
2731 @item t
2732 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2733
2734 @item u
2735 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2736
2737 @item v
2738 Repeat count register (rc)
2739
2740 @item x
2741 Index register (ir0-ir1)
2742
2743 @item y
2744 Status (condition code) register (st)
2745
2746 @item z
2747 Data page register (dp)
2748
2749 @item G
2750 Floating-point zero
2751
2752 @item H
2753 Immediate 16-bit floating-point constant
2754
2755 @item I
2756 Signed 16-bit constant
2757
2758 @item J
2759 Signed 8-bit constant
2760
2761 @item K
2762 Signed 5-bit constant
2763
2764 @item L
2765 Unsigned 16-bit constant
2766
2767 @item M
2768 Unsigned 8-bit constant
2769
2770 @item N
2771 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2772
2773 @item O
2774 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2775
2776 @item Q
2777 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2778
2779 @item R
2780 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2781
2782 @item S
2783 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2784
2785 @item T
2786 Direct memory reference
2787
2788 @item U
2789 Symbolic address
2790
2791 @end table
2792
2793 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2794 @table @code
2795 @item a
2796 Address register (general purpose register except r0)
2797
2798 @item c
2799 Condition code register
2800
2801 @item d
2802 Data register (arbitrary general purpose register)
2803
2804 @item f
2805 Floating-point register
2806
2807 @item I
2808 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2809
2810 @item J
2811 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2812
2813 @item K
2814 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2815
2816 @item L
2817 Value appropriate as displacement.
2818 @table @code
2819        @item (0..4095)
2820        for short displacement
2821        @item (-524288..524287)
2822        for long displacement
2823 @end table
2824
2825 @item M
2826 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2827
2828 @item N
2829 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2830 @table @code
2831          @item 0..9:
2832          number of the part counting from most to least significant
2833          @item H,Q:
2834          mode of the part
2835          @item D,S,H:
2836          mode of the containing operand
2837          @item 0,F:
2838          value of the other parts (F---all bits set)
2839 @end table
2840 The constraint matches if the specified part of a constant
2841 has a value different from it's other parts.
2842
2843 @item Q
2844 Memory reference without index register and with short displacement.
2845
2846 @item R
2847 Memory reference with index register and short displacement.
2848
2849 @item S
2850 Memory reference without index register but with long displacement.
2851
2852 @item T
2853 Memory reference with index register and long displacement.
2854
2855 @item U
2856 Pointer with short displacement.
2857
2858 @item W
2859 Pointer with long displacement.
2860
2861 @item Y
2862 Shift count operand.
2863
2864 @end table
2865
2866 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2867 @table @code
2868 @item d
2869 Registers from r0 to r32.
2870
2871 @item e
2872 Registers from r0 to r16.
2873
2874 @item t
2875 r8---r11 or r22---r27 registers.
2876
2877 @item h
2878 hi register.
2879
2880 @item l
2881 lo register.
2882
2883 @item x
2884 hi + lo register.
2885
2886 @item q
2887 cnt register.
2888
2889 @item y
2890 lcb register.
2891
2892 @item z
2893 scb register.
2894
2895 @item a
2896 cnt + lcb + scb register.
2897
2898 @item c
2899 cr0---cr15 register.
2900
2901 @item b
2902 cp1 registers.
2903
2904 @item f
2905 cp2 registers.
2906
2907 @item i
2908 cp3 registers.
2909
2910 @item j
2911 cp1 + cp2 + cp3 registers.
2912
2913 @item I
2914 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero).
2915
2916 @item J
2917 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
2918
2919 @item K
2920 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
2921
2922 @item L
2923 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
2924
2925 @item M
2926 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
2927
2928 @item N
2929 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
2930
2931 @item Z
2932 Any SYMBOL_REF.
2933 @end table
2934
2935 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
2936 @table @code
2937 @item a
2938 Register r0.
2939
2940 @item b
2941 Register r1.
2942
2943 @item c
2944 Register r2.
2945
2946 @item d
2947 Register r8.
2948
2949 @item e
2950 Registers r0 through r7.
2951
2952 @item t
2953 Registers r0 and r1.
2954
2955 @item y
2956 The carry register.
2957
2958 @item z
2959 Registers r8 and r9.
2960
2961 @item I
2962 A constant between 0 and 3 inclusive.
2963
2964 @item J
2965 A constant that has exactly one bit set.
2966
2967 @item K
2968 A constant that has exactly one bit clear.
2969
2970 @item L
2971 A constant between 0 and 255 inclusive.
2972
2973 @item M
2974 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2975
2976 @item N
2977 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2978
2979 @item O
2980 A constant between 1 and 4 inclusive.
2981
2982 @item P
2983 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2984
2985 @item Q
2986 A memory reference that is a stack push.
2987
2988 @item R
2989 A memory reference that is a stack pop.
2990
2991 @item S
2992 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2993
2994 @item T
2995 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2996
2997 @item U
2998 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2999
3000 @item Z
3001 The constant 0.
3002
3003 @end table
3004
3005 @item Xtensa---@file{config/xtensa/constraints.md}
3006 @table @code
3007 @item a
3008 General-purpose 32-bit register
3009
3010 @item b
3011 One-bit boolean register
3012
3013 @item A
3014 MAC16 40-bit accumulator register
3015
3016 @item I
3017 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
3018
3019 @item J
3020 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
3021
3022 @item K
3023 Integer constant valid for BccI instructions
3024
3025 @item L
3026 Unsigned constant valid for BccUI instructions
3027
3028 @end table
3029
3030 @end table
3031
3032 @ifset INTERNALS
3033 @node Define Constraints
3034 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
3035 @cindex defining constraints
3036 @cindex constraints, defining
3037
3038 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
3039 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
3040 which allow subsets of all possible memory or address operands should
3041 be specially marked, to give @code{reload} more information.
3042
3043 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
3044 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
3045 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
3046 must begin with a letter or underscore. 
3047
3048 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
3049 constraint can have a name that begins with any other constraint's
3050 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
3051 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
3052 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
3053 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
3054
3055 Register constraints correspond directly to register classes.
3056 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
3057 definitions.
3058
3059 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
3060 All three arguments are string constants.
3061 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
3062 @code{match_operand} expressions.  If @var{name} is a multi-letter
3063 constraint its length shall be the same for all constraints starting
3064 with the same letter.  @var{regclass} can be either the
3065 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
3066 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
3067 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
3068 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
3069 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
3070 is not available on a given subarchitecture.
3071
3072 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
3073 constraint.  Docstrings are explained further below.
3074 @end deffn
3075
3076 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
3077 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
3078 constraint matches.
3079
3080 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
3081 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
3082 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
3083 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
3084 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
3085 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
3086 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3087 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3088 might match, just like predicate expressions.
3089
3090 @code{match_test} C expressions have access to the
3091 following variables:
3092
3093 @table @var
3094 @item op
3095 The RTL object defining the operand.
3096 @item mode
3097 The machine mode of @var{op}.
3098 @item ival
3099 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3100 @item hval
3101 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3102 @code{const_double}.
3103 @item lval
3104 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3105 @code{const_double}.
3106 @item rval
3107 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3108 @code{const_double}.
3109 @end table
3110
3111 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3112 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3113 object.
3114 @end deffn
3115
3116 Most non-register constraints should be defined with
3117 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3118 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3119 by @code{reload} if they fail to match.
3120
3121 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3122 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3123 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3124 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3125 base register (from the register class specified by
3126 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3127
3128 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3129 memory references, but only those that do not make use of an index
3130 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3131 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3132 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3133 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3134 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3135 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3136
3137 The syntax and semantics are otherwise identical to
3138 @code{define_constraint}.
3139 @end deffn
3140
3141 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3142 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3143 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3144 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3145 with @var{X} a base register.
3146
3147 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3148 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3149 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3150 the generic @samp{p} constraint.
3151
3152 The syntax and semantics are otherwise identical to
3153 @code{define_constraint}.
3154 @end deffn
3155
3156 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3157 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3158 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3159 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3160 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3161 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3162 it correctly:
3163
3164 @smallexample
3165 @group
3166 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3167   "@var{doc}@dots{}"
3168   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3169        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3170 @end group
3171 @end smallexample
3172 @c the semicolons line up in the formatted manual
3173
3174 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3175 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3176
3177 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3178 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3179 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3180 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3181 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3182 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3183 causes a reload failure.
3184
3185 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3186 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3187 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3188 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3189
3190 @node C Constraint Interface
3191 @subsection Testing constraints from C
3192 @cindex testing constraints
3193 @cindex constraints, testing
3194
3195 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3196 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3197 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3198 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3199 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3200 may change in the future.
3201
3202 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3203 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3204 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3205 the old constraint interface that machine-independent components of
3206 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3207 future.
3208
3209 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3210 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3211 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3212 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3213 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3214
3215 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3216 @example
3217 @multitable {Original} {Mangled}
3218 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3219 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3220 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3221 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3222 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3223 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3224 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3225 @end multitable
3226 @end example
3227
3228 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3229 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3230 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3231 a larger identifier).
3232
3233 @deftp Enum constraint_num
3234 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3235 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3236 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3237 argument expect one of these constants.
3238
3239 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3240 This may change in the future.
3241 @end deftp
3242
3243 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3244 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3245 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3246 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3247 before @file{tm_p.h}.
3248 @end deftypefun
3249
3250 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3251 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3252 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3253 specifies a register constraint, this function will always return
3254 @code{false}.
3255 @end deftypefun
3256
3257 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3258 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3259 a register constraint, or those registers are not available for the
3260 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3261 @end deftypefun
3262
3263 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3264 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3265 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3266 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3267 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3268 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3269 definition from the i386 machine description.)
3270
3271 @smallexample
3272 (define_peephole2
3273   [(match_scratch:SI 3 "r")
3274    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3275         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3276                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3277
3278   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3279
3280   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3281    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3282
3283   "")
3284 @end smallexample
3285
3286 @node Standard Names
3287 @section Standard Pattern Names For Generation
3288 @cindex standard pattern names
3289 @cindex pattern names
3290 @cindex names, pattern
3291
3292 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3293 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3294 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3295 pattern to accomplish a certain task.
3296
3297 @table @asis
3298 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3299 @item @samp{mov@var{m}}
3300 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3301 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3302 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3303
3304 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3305 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3306 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3307 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3308 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3309 outside the target word are left unchanged.
3310
3311 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3312 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3313 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3314 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3315 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3316
3317 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3318 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3319 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3320 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3321 into a register.
3322
3323 @findex force_reg
3324 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3325 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3326 registers other than the operands.  For example, if you support the
3327 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3328 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3329 function which might generate new pseudo registers.
3330
3331 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3332 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3333 some temporary registers.
3334
3335 @findex change_address
3336 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3337 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3338 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3339 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3340 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3341 an address into a valid address and no routine (such as
3342 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3343 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3344
3345 @findex reload_in_progress
3346 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3347 declared if required) can be used to determine whether such special
3348 handling is required.
3349
3350 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3351 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3352 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3353 machines explicit memory references will get optional reloads.
3354
3355 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3356 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3357
3358 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3359 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3360
3361 @findex no_new_pseudos
3362 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
3363 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3364 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3365
3366 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3367 register to any other hard register provided that
3368 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3369 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3370
3371 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3372 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3373 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3374 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3375 point members.
3376
3377 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3378 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3379 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3380 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3381 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3382 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3383 reload into a floating point register.
3384
3385 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3386 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3387 @item @samp{reload_in@var{m}}
3388 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3389 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3390 @code{secondary_reload}.
3391
3392 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3393 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3394 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3395 macro in @pxref{Register Classes}.
3396
3397 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3398 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3399 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3400 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3401 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3402 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3403 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3404 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3405 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3406 for these patterns.
3407
3408 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3409 @item @samp{movstrict@var{m}}
3410 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3411 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3412 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3413 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3414
3415 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3416 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3417 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3418 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3419 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3420 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3421 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3422
3423 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3424 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3425
3426 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3427 @item @samp{load_multiple}
3428 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3429 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3430 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3431 number of consecutive registers.
3432
3433 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3434 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3435 registers from memory is to do them one at a time.
3436
3437 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3438 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3439 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3440 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3441 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3442
3443 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3444 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3445 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3446 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3447 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3448
3449 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3450 @item @samp{store_multiple}
3451 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3452 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3453 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3454 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3455
3456 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3457 @item @samp{vec_set@var{m}}
3458 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3459 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3460
3461 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3462 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3463 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3464 specify field index and operand 0 place to store value into.
3465
3466 @cindex @code{vec_extract_even@var{m}} instruction pattern
3467 @item @samp{vec_extract_even@var{m}}
3468 Extract even elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3469 The even elements of operand 2 are concatenated to the even elements of operand
3470 1 in their original order. The result is stored in operand 0. 
3471 The output and input vectors should have the same modes. 
3472
3473 @cindex @code{vec_extract_odd@var{m}} instruction pattern
3474 @item @samp{vec_extract_odd@var{m}}
3475 Extract odd elements from the input vectors (operand 1 and operand 2). 
3476 The odd elements of operand 2 are concatenated to the odd elements of operand 
3477 1 in their original order. The result is stored in operand 0.
3478 The output and input vectors should have the same modes.
3479
3480 @cindex @code{vec_interleave_high@var{m}} instruction pattern
3481 @item @samp{vec_interleave_high@var{m}}
3482 Merge high elements of the two input vectors into the output vector. The output
3483 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The high
3484 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the high
3485 @code{N/2} elements of the second input vector.
3486
3487 @cindex @code{vec_interleave_low@var{m}} instruction pattern
3488 @item @samp{vec_interleave_low@var{m}}
3489 Merge low elements of the two input vectors into the output vector. The output
3490 and input vectors should have the same modes (@code{N} elements). The low
3491 @code{N/2} elements of the first input vector are interleaved with the low 
3492 @code{N/2} elements of the second input vector.
3493
3494 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3495 @item @samp{vec_init@var{m}}
3496 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3497 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3498
3499 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3500 @item @samp{push@var{m}1}
3501 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3502 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3503 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3504 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3505 method is deprecated.
3506
3507 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3508 @item @samp{add@var{m}3}
3509 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3510 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3511 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3512
3513 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3514 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3515 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3516 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3517 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3518 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3519 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3520 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3521 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3522 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3523 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3524 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3525 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3526 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3527 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3528 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3529 Similar, for other arithmetic operations.
3530
3531 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3532 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3533 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3534 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3535 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3536 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3537
3538 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3539 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3540 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3541 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3542 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3543 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3544 modes.
3545
3546 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3547 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3548 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3549 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3550 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3551 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3552 modes.
3553
3554 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3555 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3556 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3557 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3558 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3559
3560 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3561 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3562 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3563 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3564 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3565
3566 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3567 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3568 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3569 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3570 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3571 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3572 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3573 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3574 is of the same mode as operand 3. 
3575
3576 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3577 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3578 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3579 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3580 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3581 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3582 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3583 of a wider mode.)
3584
3585 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3586 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3587 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3588 Whole vector left/right shift in bits.
3589 Operand 1 is a vector to be shifted.
3590 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3591 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3592 The output and input vectors should have the same modes.
3593
3594 @cindex @code{vec_pack_mod_@var{m}} instruction pattern
3595 @cindex @code{vec_pack_ssat_@var{m}} instruction pattern
3596 @cindex @code{vec_pack_usat_@var{m}} instruction pattern
3597 @item @samp{vec_pack_mod_@var{m}}, @samp{vec_pack_ssat_@var{m}}, @samp{vec_pack_usat_@var{m}}
3598 Narrow (demote) and merge the elements of two vectors.
3599 Operands 1 and 2 are vectors of the same mode.
3600 Operand 0 is the resulting vector in which the elements of the two input
3601 vectors are concatenated after narrowing them down using modulo arithmetic or
3602 signed/unsigned saturating arithmetic.
3603
3604 @cindex @code{vec_unpacks_hi_@var{m}} instruction pattern
3605 @cindex @code{vec_unpacks_lo_@var{m}} instruction pattern
3606 @cindex @code{vec_unpacku_hi_@var{m}} instruction pattern
3607 @cindex @code{vec_unpacku_lo_@var{m}} instruction pattern
3608 @item @samp{vec_unpacks_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacks_lo_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_hi_@var{m}}, @samp{vec_unpacku_lo_@var{m}}
3609 Extract and widen (promote) the high/low part of a vector of signed/unsigned
3610 elements. The input vector (operand 1) has N signed/unsigned elements of size S. 
3611 Using sign/zero extension widen (promote) the high/low elements of the vector,
3612 and place the resulting N/2 values of size 2*S in the output vector (operand 0).
3613
3614 @cindex @code{vec_widen_umult_hi_@var{m}} instruction pattern
3615 @cindex @code{vec_widen_umult_lo__@var{m}} instruction pattern
3616 @cindex @code{vec_widen_smult_hi_@var{m}} instruction pattern
3617 @cindex @code{vec_widen_smult_lo_@var{m}} instruction pattern
3618 @item @samp{vec_widen_umult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_umult_lo_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_hi_@var{m}}, @samp{vec_widen_smult_lo_@var{m}}
3619 Signed/Unsigned widening multiplication. 
3620 The two inputs (operands 1 and 2) are vectors with N 
3621 signed/unsigned elements of size S. Multiply the high/low elements of the two 
3622 vectors, and put the N/2 products of size 2*S in the output vector (operand 0). 
3623
3624 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3625 @item @samp{mulhisi3}
3626 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3627 a @code{SImode} product in operand 0.
3628
3629 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3630 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3631 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3632 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3633
3634 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3635 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3636 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3637 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3638 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3639 multiplication.
3640
3641 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3642 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3643 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3644 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3645 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3646 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3647 multiplication.
3648
3649 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3650 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3651 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3652 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3653 The least significant half of the product is discarded.
3654
3655 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3656 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3657 Similar, but the multiplication is unsigned.
3658
3659 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3660 @item @samp{divmod@var{m}4}
3661 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3662 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3663 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3664
3665 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3666 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3667 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3668 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3669 and remainder are computed.
3670
3671 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3672 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3673 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3674 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3675 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3676
3677 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3678 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3679 Similar, but does unsigned division.
3680
3681 @anchor{shift patterns}
3682 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3683 @item @samp{ashl@var{m}3}
3684 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3685 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3686 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3687 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3688 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3689 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3690 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3691
3692 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3693 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3694 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3695 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3696 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3697 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3698 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3699
3700 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3701 @item @samp{neg@var{m}2}
3702 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3703
3704 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3705 @item @samp{abs@var{m}2}
3706 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3707
3708 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3709 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3710 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3711
3712 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3713 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3714 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3715 type @code{float}.
3716
3717 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
3718 @item @samp{fmod@var{m}3}
3719 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3720 operand 0, rounded towards zero to an integer.
3721
3722 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
3723 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
3724 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3725 type @code{float}.
3726
3727 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
3728 @item @samp{remainder@var{m}3}
3729 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3730 operand 0, rounded to the nearest integer.
3731
3732 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
3733 which corresponds to the C data type @code{double} and the
3734 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
3735 to the C data type @code{float}.
3736
3737 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3738 @item @samp{cos@var{m}2}
3739 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3740
3741 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3742 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3743 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3744 type @code{float}.
3745
3746 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3747 @item @samp{sin@var{m}2}
3748 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3749
3750 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3751 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3752 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3753 type @code{float}.
3754
3755 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3756 @item @samp{exp@var{m}2}
3757 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3758
3759 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3760 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3761 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3762 type @code{float}.
3763
3764 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3765 @item @samp{log@var{m}2}
3766 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3767
3768 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3769 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3770 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3771 type @code{float}.
3772
3773 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3774 @item @samp{pow@var{m}3}
3775 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3776 into operand 0.
3777
3778 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3779 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3780 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3781 type @code{float}.
3782
3783 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3784 @item @samp{atan2@var{m}3}
3785 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3786 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3787 determine the quadrant of the result.
3788
3789 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3790 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3791 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3792 type @code{float}.
3793
3794 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3795 @item @samp{floor@var{m}2}
3796 Store the largest integral value not greater than argument.
3797
3798 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3799 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3800 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3801 type @code{float}.
3802
3803 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3804 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3805 Store the argument rounded to integer towards zero.
3806
3807 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3808 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3809 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3810 type @code{float}.
3811
3812 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3813 @item @samp{round@var{m}2}
3814 Store the argument rounded to integer away from zero.
3815
3816 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3817 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3818 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3819 type @code{float}.
3820
3821 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3822 @item @samp{ceil@var{m}2}
3823 Store the argument rounded to integer away from zero.
3824
3825 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3826 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3827 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3828 type @code{float}.
3829
3830 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3831 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3832 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3833
3834 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3835 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3836 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3837 type @code{float}.
3838
3839 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3840 @item @samp{rint@var{m}2}
3841 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3842 raise the inexact exception when the result differs in value from
3843 the argument
3844
3845 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3846 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3847 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3848 type @code{float}.
3849
3850 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
3851 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
3852 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3853 point mode @var{n} as a signed number according to the current
3854 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3855
3856 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
3857 @item @samp{lround@var{m}2}
3858 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3859 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
3860 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3861
3862 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
3863 @item @samp{lfloor@var{m}2}
3864 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3865 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
3866 operand 0 (which has mode @var{n}).
3867
3868 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
3869 @item @samp{lceil@var{m}2}
3870 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3871 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
3872 operand 0 (which has mode @var{n}).
3873
3874 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3875 @item @samp{copysign@var{m}3}
3876 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3877 2 into operand 0.
3878
3879 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3880 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3881 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3882 type @code{float}.
3883
3884 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3885 @item @samp{ffs@var{m}2}
3886 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3887 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3888 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3889 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3890 generating the instruction.
3891
3892 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3893 corresponds to the C data type @code{int}.
3894
3895 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3896 @item @samp{clz@var{m}2}
3897 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3898 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3899 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3900 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3901 operand to that mode before generating the instruction.
3902
3903 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3904 @item @samp{ctz@var{m}2}
3905 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3906 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3907 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3908 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3909 operand to that mode before generating the instruction.
3910
3911 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3912 @item @samp{popcount@var{m}2}
3913 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3914 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3915 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3916 generating the instruction.
3917
3918 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3919 @item @samp{parity@var{m}2}
3920 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3921 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3922 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3923 the operand to that mode before generating the instruction.
3924
3925 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3926 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3927 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3928
3929 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3930 @item @samp{cmp@var{m}}
3931 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3932 The RTL pattern should look like this:
3933
3934 @smallexample
3935 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3936                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3937 @end smallexample
3938
3939 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3940 @item @samp{tst@var{m}}
3941 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3942 The RTL pattern should look like this:
3943
3944 @smallexample
3945 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3946 @end smallexample
3947
3948 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3949 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3950 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3951 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3952
3953 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3954 @item @samp{movmem@var{m}}
3955 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3956 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3957 address in mode @code{Pmode}.
3958
3959 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3960 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3961 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3962 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3963 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3964 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3965 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3966
3967 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3968 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3969 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3970 it may provide the value 4 for this operand.
3971
3972 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
3973 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
3974 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
3975 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
3976
3977 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3978 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3979 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3980 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3981 individually moved data units in the block.
3982
3983 These patterns need not give special consideration to the possibility
3984 that the source and destination strings might overlap.
3985
3986 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3987 @item @samp{movstr}
3988 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3989 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3990 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3991 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3992 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3993 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3994
3995 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3996 @item @samp{setmem@var{m}}
3997 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3998 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3999 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
4000 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
4001 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
4002 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
4003
4004 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
4005 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
4006 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
4007 operand.
4008
4009 Optional operands 5 and 6 specify expected alignment and size of block
4010 respectively.  The expected alignment differs from alignment in operand 4
4011 in a way that the blocks are not required to be aligned according to it in
4012 all cases. Expected size, when unknown, is set to @code{(const_int -1)}.
4013
4014 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
4015
4016 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
4017 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
4018 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
4019 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
4020 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4021 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4022 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
4023 at a time since either string may end in the first byte and reading past
4024 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
4025 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
4026 indicates the result of the comparison.
4027
4028 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
4029 @item @samp{cmpstr@var{m}}
4030 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
4031 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
4032 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
4033 @code{Pmode}.
4034
4035 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
4036 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
4037 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
4038 it may provide the value 4 for this operand.
4039
4040 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
4041 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
4042 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
4043 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
4044 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
4045 whose sign indicates the result of the comparison.
4046
4047 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
4048 @item @samp{cmpmem@var{m}}
4049 Block compare instruction, with five operands like the operands
4050 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
4051 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
4052 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
4053 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
4054 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
4055 comparison.
4056
4057 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
4058 @item @samp{strlen@var{m}}
4059 Compute the length of a string, with three operands.
4060 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
4061 a @code{mem} referring to the first character of the string,
4062 operand 2 is the character to search for (normally zero),
4063 and operand 3 is a constant describing the known alignment
4064 of the beginning of the string.
4065
4066 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
4067 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
4068 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
4069 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4070 @var{n}).
4071
4072 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
4073 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
4074 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
4075 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
4076 @var{n}).
4077
4078 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
4079 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
4080 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4081 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
4082 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
4083 the value of operand 1 is an integer.
4084
4085 If the machine description defines this pattern, it also needs to
4086 define the @code{ftrunc} pattern.
4087
4088 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
4089 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
4090 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
4091 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
4092 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
4093 value of operand 1 is an integer.
4094
4095 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
4096 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
4097 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
4098 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
4099 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
4100
4101 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4102 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
4103 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
4104 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4105
4106 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
4107 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
4108 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
4109 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
4110
4111 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
4112 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
4113 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4114 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4115 point or both floating point.
4116
4117 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
4118 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
4119 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4120 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4121 point or both floating point.
4122
4123 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
4124 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
4125 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
4126 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
4127 point.
4128
4129 @cindex @code{extv} instruction pattern
4130 @item @samp{extv}
4131 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
4132 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
4133 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
4134 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
4135 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
4136 be valid for @code{word_mode}.
4137
4138 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4139 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
4140
4141 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
4142 before it is stored in operand 0.
4143
4144 @cindex @code{extzv} instruction pattern
4145 @item @samp{extzv}
4146 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
4147
4148 @cindex @code{insv} instruction pattern
4149 @item @samp{insv}
4150 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
4151 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
4152 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
4153 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
4154 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4155
4156 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4157 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4158
4159 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4160 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4161 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4162 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4163 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4164
4165 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4166 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4167 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4168 codes and vice versa.
4169
4170 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4171 define these patterns.
4172
4173 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4174 @item @samp{add@var{mode}cc}
4175 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4176 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4177 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4178 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4179
4180 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4181 @item @samp{s@var{cond}}
4182 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4183 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4184 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4185 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4186
4187 You specify the mode that the operand must have when you write the
4188 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4189 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4190
4191 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4192 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4193 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4194 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4195 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4196 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4197 should omit those operations from the machine description.
4198
4199 These operations may fail, but should do so only in relatively
4200 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4201 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4202
4203 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4204 that copies the constant one to the target and branches around an
4205 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4206 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4207 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4208 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4209 the machine description.
4210
4211 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4212 @item @samp{b@var{cond}}
4213 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4214 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4215 condition @var{cond}.
4216
4217 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4218 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4219 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4220 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4221 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4222 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4223 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4224 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4225
4226 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4227 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4228 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4229
4230 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4231 @samp{s@var{cond}} patterns.
4232
4233 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4234 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4235 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4236 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4237 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4238 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4239
4240 @cindex @code{jump} instruction pattern
4241 @item @samp{jump}
4242 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4243 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4244 on all machines.
4245
4246 @cindex @code{call} instruction pattern
4247 @item @samp{call}
4248 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4249 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4250 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4251 operands.
4252
4253 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4254 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4255 to put this information into the assembler code; they can put it in
4256 the RTL instead of operand 1.
4257
4258 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4259 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4260 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4261 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4262 instruction, the pattern for this operation should be a
4263 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4264 address into a register and uses that register in the call instruction.
4265
4266 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4267 @item @samp{call_value}
4268 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4269 register in which the value is returned.  There are three more
4270 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4271 instruction (but with numbers increased by one).
4272
4273 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4274 insn.
4275
4276 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4277 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4278 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4279 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4280 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4281 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4282 adjustment made to the frame pointer.
4283
4284 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4285 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4286 can be eliminated, if desired.
4287
4288 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4289 @item @samp{untyped_call}
4290 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4291 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4292 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4293 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4294 the saving of a function return value into the result block.
4295
4296 This instruction pattern should be defined to support
4297 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4298 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4299 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4300 multiple registers that can hold a return value
4301 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4302
4303 @cindex @code{return} instruction pattern
4304 @item @samp{return}
4305 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4306 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4307 from a function.
4308
4309 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4310 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4311 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4312 some class of functions only requires one instruction to implement a
4313 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4314 to save any registers or allocate stack space.
4315
4316 @findex reload_completed
4317 @findex leaf_function_p
4318 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4319 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4320 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4321 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4322 a register window push is required.
4323
4324 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4325 such as
4326
4327 @smallexample
4328 (define_insn ""
4329   [(set (pc)
4330         (if_then_else (match_operator
4331                          0 "comparison_operator"
4332                          [(cc0) (const_int 0)])
4333                       (return)
4334                       (pc)))]
4335   "@var{condition}"
4336   "@dots{}")
4337 @end smallexample
4338
4339 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4340 named @samp{return} pattern.
4341
4342 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4343 @item @samp{untyped_return}
4344 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4345 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4346 instructions are needed to return a value of any type.
4347
4348 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4349 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4350 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4351 the restoring of a function return value from the result block.
4352
4353 @cindex @code{nop} instruction pattern
4354 @item @samp{nop}
4355 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4356 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4357 RTL pattern.
4358
4359 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4360 @item @samp{indirect_jump}
4361 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4362 This pattern name is mandatory on all machines.
4363
4364 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4365 @item @samp{casesi}
4366 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4367 This instruction takes five operands:
4368
4369 @enumerate
4370 @item
4371 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4372
4373 @item
4374 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4375
4376 @item
4377 The total range of indices in the table---the largest index
4378 minus the smallest one (both inclusive).
4379
4380 @item
4381 A label that precedes the table itself.
4382
4383 @item
4384 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4385 @end enumerate
4386
4387 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4388 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4389 difference between the upper bound and the lower bound.
4390
4391 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4392 @item @samp{tablejump}
4393 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4394 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4395 is no @samp{casesi} pattern.
4396
4397 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4398 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4399 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4400 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4401 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4402 mode @code{Pmode}.
4403
4404 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4405 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4406 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4407 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4408
4409
4410 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4411 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4412 Conditional branch instruction that decrements a register and
4413 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4414 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4415 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4416
4417 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4418 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4419 reduction is enabled.
4420
4421 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4422 @item @samp{doloop_end}
4423 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4424 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4425 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4426 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4427 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4428 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4429 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4430 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4431 @xref{Looping Patterns}.
4432
4433 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4434 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4435 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4436 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4437 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4438 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4439 too large for this instruction, make it fail.
4440
4441 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4442 @item @samp{doloop_begin}
4443 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4444 need to perform some initialization, such as loading special registers
4445 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4446 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4447 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4448
4449
4450 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4451 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4452 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4453 into operand 0.
4454
4455 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4456 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4457 and also has mode @code{Pmode}.
4458
4459 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4460 the address of the function which would be called if the function
4461 pointer were used in an indirect call.
4462
4463 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4464 can have different values but still call the same function when
4465 used in an indirect call.
4466
4467 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4468 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4469 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4470 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4471 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4472 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4473 @item @samp{save_stack_block}
4474 @itemx @samp{save_stack_function}
4475 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4476 @itemx @samp{restore_stack_block}
4477 @itemx @samp{restore_stack_function}
4478 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4479 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4480 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4481 such machines.
4482
4483 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4484 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4485 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4486 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4487 saves and restores are:
4488
4489 @enumerate
4490 @item
4491 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4492 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4493 restores the stack pointer when the block is exited.
4494
4495 @item
4496 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4497 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4498 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4499 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4500 restore sequence on some machines.
4501
4502 @item
4503 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4504 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4505 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4506 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4507 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4508 and restoring additional data such as register window information or
4509 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4510 such required data.
4511 @end enumerate
4512
4513 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4514 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4515 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4516 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4517 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4518 for a particular type of save (either because no save is needed or
4519 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4520 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4521 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4522 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4523
4524 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4525 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4526 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4527
4528 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4529 @item @samp{allocate_stack}
4530 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4531 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4532
4533 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4534 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4535 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4536 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4537 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4538 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4539 stack is free.
4540
4541 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4542 Some machines require other operations such as stack probes or
4543 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4544 operations in addition to updating the stack pointer.
4545
4546 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4547 @item @samp{check_stack}
4548 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4549 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4550 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4551 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4552 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4553 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4554 limit from a global or thread-specific variable or register.
4555
4556 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4557 @item @samp{nonlocal_goto}
4558 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4559 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4560 each representing a value to be used in the jump.  The first
4561 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4562 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4563 the third is the address of a location where the stack is saved,
4564 and the last is the address of the label, to be placed in the
4565 location for the incoming static chain.
4566
4567 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4568 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4569 and static chain, restore the stack (using the
4570 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4571 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4572 not work on your machine.
4573
4574 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4575 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4576 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4577 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4578 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4579 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4580 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4581 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4582 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4583 There are no arguments.
4584
4585 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4586 @item @samp{exception_receiver}
4587 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4588 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4589 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4590 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4591 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4592 an exception.  There are no arguments.
4593
4594 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4595 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4596 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4597 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4598 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4599 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4600 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4601 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4602 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4603 the first three are normally used by the generic mechanism.
4604
4605 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4606 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4607 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4608 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4609 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4610 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4611 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4612 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4613 at a small offset from that label.
4614
4615 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4616 @item @samp{builtin_longjmp}
4617 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4618 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4619 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4620 @code{jmp_buf}.
4621
4622 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4623 @item @samp{eh_return}
4624 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4625 and thence the call frame exception handling library routines, are
4626 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4627 the abnormal return path.
4628
4629 The address of the exception handler to which the function should return
4630 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4631 the pattern to some special register or memory location.
4632 If the pattern needs to determine the location of the target call
4633 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4634 if defined; it will have already been assigned.
4635
4636 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4637 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4638 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4639 handling is to be used.
4640
4641 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4642 @anchor{prologue instruction pattern}
4643 @item @samp{prologue}
4644 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4645 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4646 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4647
4648 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4649 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4650
4651 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4652 instruction scheduling.
4653
4654 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4655 @anchor{epilogue instruction pattern}
4656 @item @samp{epilogue}
4657 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4658 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4659 registers and emitting the return instruction.
4660
4661 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4662 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4663
4664 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4665 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4666
4667 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4668 @item @samp{sibcall_epilogue}
4669 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4670 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4671 sibling call (aka tail call) sites.
4672
4673 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4674 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4675 function.
4676
4677 @cindex @code{trap} instruction pattern
4678 @item @samp{trap}
4679 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4680 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4681 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4682
4683 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4684 @item @samp{conditional_trap}
4685 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4686 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4687
4688 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4689
4690 @smallexample
4691 (define_insn "conditional_trap"
4692   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4693              [(cc0) (const_int 0)])
4694             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4695   ""
4696   "@dots{}")
4697 @end smallexample
4698
4699 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4700 @item @samp{prefetch}
4701
4702 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4703 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4704 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4705 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4706 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4707 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4708 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4709 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4710 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4711
4712 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4713 the values of operands 1 and 2.
4714
4715 @cindex @code{blockage} instruction pattern
4716 @item @samp{blockage}
4717
4718 This pattern defines a pseudo insn that prevents the instruction
4719 scheduler from moving instructions across the boundary defined by the
4720 blockage insn.  Normally an UNSPEC_VOLATILE pattern.
4721
4722 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4723 @item @samp{memory_barrier}
4724
4725 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4726 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4727 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4728 This pattern has no operands.
4729
4730 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4731 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4732
4733 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4734 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4735 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4736 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4737 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4738 of the operation; it should contain the contents of the memory
4739 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4740 a copy of operand 2.
4741
4742 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4743
4744 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4745 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4746 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4747 after the atomic operation.
4748
4749 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4750 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4751
4752 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4753 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4754 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4755 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4756
4757 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4758 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4759 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4760 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4761 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4762
4763 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4764 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4765 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4766 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4767 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4768 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4769 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4770 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4771 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4772
4773 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4774 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4775 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4776
4777 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4778
4779 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4780 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4781 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4782 after the atomic operation.
4783
4784 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4785 from a compare-and-swap operation, if defined.
4786
4787 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4788 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4789 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4790 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4791 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4792 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4793 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4794 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4795 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4796
4797 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4798 and return the value that the memory contained before the operation.
4799 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4800 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4801 to the binary operator.
4802
4803 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4804 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4805 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4806 after the atomic operation.
4807
4808 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4809 from a compare-and-swap operation, if defined.
4810
4811 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4812 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4813 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4814 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4815 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4816 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4817 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4818 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4819 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4820
4821 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4822 except that they return the value that exists in the memory location
4823 after the operation, rather than before the operation.
4824
4825 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4826 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4827
4828 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4829 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4830 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4831 is the value to set in the lock.
4832
4833 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4834 which the previous value in memory operand is copied into the result
4835 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4836
4837 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4838 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4839 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4840 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4841 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4842
4843 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4844 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4845 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4846
4847 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4848 a compare-and-swap operation, if defined.
4849
4850 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4851 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4852
4853 This pattern, if defined, releases a lock set by
4854 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4855 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4856
4857 If the target doesn't implement full semantics for
4858 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4859 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4860 of the memory operand are implementation defined.
4861
4862 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4863 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4864 released only after all previous memory operations have completed.
4865
4866 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4867 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4868
4869 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4870 @item @samp{stack_protect_set}
4871
4872 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4873 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4874 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4875 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4876 having clobbered it.
4877
4878 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4879
4880 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4881 @item @samp{stack_protect_test}
4882
4883 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4884 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4885 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4886 weren't equal.
4887
4888 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4889 conditional branch pattern is used.
4890
4891 @end table
4892
4893 @end ifset
4894 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4895 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4896 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4897 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4898 @ifset INTERNALS
4899 @node Pattern Ordering
4900 @section When the Order of Patterns Matters
4901 @cindex Pattern Ordering
4902 @cindex Ordering of Patterns
4903
4904 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4905 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4906 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4907 and faster instructions (those that will produce better code when they
4908 do match) should usually go first in the description.
4909
4910 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4911 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4912 instruction for converting a fullword to floating point and another
4913 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4914 an integer to floating point could match either one.  We put the
4915 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4916 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4917 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4918 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4919 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4920 constant value.
4921
4922 @end ifset
4923 @ifset INTERNALS
4924 @node Dependent Patterns
4925 @section Interdependence of Patterns
4926 @cindex Dependent Patterns
4927 @cindex Interdependence of Patterns
4928
4929 Every machine description must have a named pattern for each of the
4930 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4931 must always have the form
4932
4933 @smallexample
4934 (set (pc)
4935      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4936                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4937                    (pc)))
4938 @end smallexample
4939
4940 @noindent
4941 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4942 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4943 look like
4944
4945 @smallexample
4946 (set (pc)
4947      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4948                    (pc)
4949                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4950 @end smallexample
4951
4952 @noindent
4953 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4954 branches into reverse-conditional branches.
4955
4956 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4957 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4958 example,
4959
4960 @smallexample
4961 (define_insn ""
4962   [(set (pc)
4963         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4964                                       [(cc0) (const_int 0)])
4965                       (pc)
4966                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4967   "@var{condition}"
4968   "@dots{}")
4969 @end smallexample
4970
4971 In some cases machines support instructions identical except for the
4972 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4973 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4974 patterns are
4975
4976 @smallexample
4977 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4978      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4979
4980 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4981      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4982 @end smallexample
4983
4984 @noindent
4985 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4986 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4987 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4988 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4989 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4990 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4991
4992 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4993 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4994 compilations.
4995
4996 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4997 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4998 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4999 you should not provide separate patterns for increment and decrement
5000 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
5001 that supports register-register add insns by examining the operands and
5002 generating the appropriate machine instruction.
5003
5004 @end ifset
5005 @ifset INTERNALS
5006 @node Jump Patterns
5007 @section Defining Jump Instruction Patterns
5008 @cindex jump instruction patterns
5009 @cindex defining jump instruction patterns
5010
5011 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
5012 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
5013 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
5014 insn tests the condition code and branches or not according its value.
5015 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
5016 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
5017 way.
5018
5019 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
5020 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
5021 these machines is to treat them just like the others until the final stage
5022 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
5023 compare instruction, peek ahead at the following branch using
5024 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
5025 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
5026 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
5027 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
5028 can treat signed and unsigned branches identically.
5029
5030 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
5031 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
5032 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
5033 until the end.
5034
5035 To go with this technique, you must define the machine-description macro
5036 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
5037 compare instruction is superfluous.
5038
5039 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
5040 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
5041 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
5042 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
5043 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
5044
5045 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
5046 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
5047 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
5048 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
5049 above in addition to any special patterns you define.
5050
5051 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
5052 code and there may not even be a separate condition code register.  On
5053 these machines, the restriction that the definition and use of the
5054 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
5055 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
5056 delay for taken branches unless the condition code register is set three
5057 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
5058 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
5059 separate the definition and use of the condition code register.
5060
5061 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
5062 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
5063 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
5064 comparison result can be placed in any general register, or if there are
5065 multiple condition registers, use a pseudo register.
5066
5067 @findex prev_cc0_setter
5068 @findex next_cc0_user
5069 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
5070 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
5071 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
5072 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
5073 instruction does, so a different branch instruction must be used for
5074 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
5075 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
5076 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
5077 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
5078 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
5079 and @code{next_cc0_user}.
5080
5081 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
5082 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
5083 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
5084 we use the machine mode of the condition code register to record
5085 different formats of the condition code register.
5086
5087 Registers used to store the condition code value should have a mode that
5088 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
5089 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
5090 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
5091 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
5092 a mode given an operand of a compare.
5093
5094 If it is known during RTL generation that a different mode will be
5095 required (for example, if the machine has separate compare instructions
5096 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
5097 be specified at that time.
5098
5099 If the cases that require different modes would be made by instruction
5100 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
5101 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
5102 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
5103 discussed above, we have the pattern
5104
5105 @smallexample
5106 (define_insn ""
5107   [(set (reg:CC_NOOV 0)
5108         (compare:CC_NOOV
5109           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
5110                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
5111           (const_int 0)))]
5112   ""
5113   "@dots{}")
5114 @end smallexample
5115
5116 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
5117 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
5118
5119 @end ifset
5120 @ifset INTERNALS
5121 @node Looping Patterns
5122 @section Defining Looping Instruction Patterns
5123 @cindex looping instruction patterns
5124 @cindex defining looping instruction patterns
5125
5126 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
5127 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
5128 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
5129 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
5130 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
5131 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
5132 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
5133 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
5134 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
5135 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
5136 the jump.
5137
5138 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
5139 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
5140 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
5141 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
5142 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
5143 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
5144 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
5145 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
5146 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
5147 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
5148 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
5149 following for its @code{dbra} instruction:
5150
5151 @smallexample
5152 @group
5153 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5154   [(set (pc)
5155         (if_then_else
5156           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5157                        (const_int -1))
5158               (const_int 0))
5159           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5160           (pc)))
5161    (set (match_dup 0)
5162         (plus:SI (match_dup 0)
5163                  (const_int -1)))]
5164   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5165   "@dots{}")
5166 @end group
5167 @end smallexample
5168
5169 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5170 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5171 since this insn is generated by the instruction combination phase
5172 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5173 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5174 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5175 pattern will not be matched by the combiner.
5176
5177 @smallexample
5178 @group
5179 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5180   [(set (pc)
5181         (if_then_else
5182           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5183               (const_int 1))
5184           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5185           (pc)))
5186    (set (match_dup 0)
5187         (plus:SI (match_dup 0)
5188                  (const_int -1)))]
5189   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5190   "@dots{}")
5191 @end group
5192 @end smallexample
5193
5194 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5195 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5196 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5197 information collected during strength reduction.
5198
5199 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5200 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5201 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5202 needed for some low-overhead looping instructions.
5203
5204 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5205 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5206 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5207 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5208 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5209 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5210 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5211 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5212 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5213 desired special iteration counter register was not allocated, this
5214 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5215 instruction pair.
5216
5217 The essential difference between the
5218 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5219 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5220 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5221 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5222 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5223 may become redundant and removed by the flow pass.
5224
5225
5226 @end ifset
5227 @ifset INTERNALS
5228 @node Insn Canonicalizations
5229 @section Canonicalization of Instructions
5230 @cindex canonicalization of instructions
5231 @cindex insn canonicalization
5232
5233 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5234 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5235 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5236 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5237 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5238 number of insn patterns required.
5239
5240 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5241 are performed:
5242
5243 @itemize @bullet
5244 @item
5245 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5246 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5247 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5248 be supplied.
5249
5250 @item
5251 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5252 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5253 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5254 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5255 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5256 floating-point.
5257
5258 @item
5259 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5260 @cindex @code{not}, canonicalization of
5261 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5262 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5263 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5264 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5265 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5266 first operand.
5267
5268 @item
5269 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5270 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5271 the operations as far as possible.  For instance,
5272 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5273 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5274 @code{(minus A (mult B C))}.
5275
5276 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5277 @item
5278 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5279 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5280 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5281 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5282 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5283 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5284 such an instruction.
5285
5286 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5287 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5288 above.
5289
5290 @item
5291 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5292 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5293
5294 @item
5295 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5296 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5297
5298 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5299 @cindex @code{and}, canonicalization of
5300 @cindex De Morgan's law
5301 @item
5302 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5303 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5304 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5305
5306 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5307 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5308 for that instruction as
5309
5310 @smallexample
5311 (define_insn ""
5312   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5313         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5314                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5315   "@dots{}"
5316   "@dots{}")
5317 @end smallexample
5318
5319 @noindent
5320 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5321
5322 @smallexample
5323 (define_insn ""
5324   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5325         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5326                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5327   "@dots{}"
5328   "@dots{}")
5329 @end smallexample
5330
5331 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5332 logically equivalent RTL expressions.
5333
5334 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5335 @item
5336 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5337 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5338 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5339
5340 @item
5341 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5342 the form
5343
5344 @smallexample
5345 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5346 @end smallexample
5347
5348 @item
5349 On machines that do not use @code{cc0},
5350 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5351 @var{x}.
5352
5353 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5354 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5355 @item
5356 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5357 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5358 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5359
5360 @end itemize
5361
5362 Further canonicalization rules are defined in the function
5363 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5364
5365 @end ifset
5366 @ifset INTERNALS
5367 @node Expander Definitions
5368 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5369 @cindex expander definitions
5370 @cindex code generation RTL sequences
5371 @cindex defining RTL sequences for code generation
5372
5373 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5374 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5375 represent them.  For these target machines, you can write a
5376 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5377
5378 @findex define_expand
5379 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5380 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5381 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5382
5383 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5384
5385 @itemize @bullet
5386 @item
5387 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5388 use for it is to refer to it by name.
5389
5390 @item
5391 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5392 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5393 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5394
5395 @item
5396 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5397 used to express how the availability of this pattern depends on
5398 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5399 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5400 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5401 depend on the data in the insn being matched, but only the
5402 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5403 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5404 are available in a particular run.
5405
5406 @item
5407 The preparation statements, a string containing zero or more C
5408 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5409 the RTL template.
5410
5411 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5412 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5413 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5414 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5415 @end itemize
5416
5417 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5418 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5419 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5420 it.
5421
5422 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5423 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5424 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5425
5426 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5427 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5428 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5429 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5430 information to preload the operand into a register if that is required for
5431 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5432 references should use @code{match_dup}.
5433
5434 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5435 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5436 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5437 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5438 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5439 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5440 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5441 compute the values and store them into the appropriate elements of
5442 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5443
5444 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5445 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5446 as a statement.
5447
5448 @table @code
5449
5450 @findex DONE
5451 @item DONE
5452 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5453 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5454 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5455 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5456
5457 @findex FAIL
5458 @item FAIL
5459 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5460 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5461 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5462
5463 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5464 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5465 operations.
5466 @end table
5467
5468 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5469 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5470 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5471 insn.
5472
5473 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5474 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5475 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5476 list of operands, such as this example:
5477
5478 @smallexample
5479 @group
5480 (define_expand "addsi3"
5481   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5482    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5483    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5484 @end group
5485 @group
5486   ""
5487   "
5488 @{
5489   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5490   DONE;
5491 @}")
5492 @end group
5493 @end smallexample
5494
5495 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5496
5497 @smallexample
5498 @group
5499 (define_expand "ashlsi3"
5500   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5501         (ashift:SI
5502 @end group
5503 @group
5504           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5505           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5506   ""
5507   "
5508 @end group
5509 @end smallexample
5510
5511 @smallexample
5512 @group
5513 @{
5514   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5515       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5516     FAIL;
5517 @}")
5518 @end group
5519 @end smallexample
5520
5521 @noindent
5522 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5523 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5524 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5525 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5526 library call).
5527
5528 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5529 patterns with names, then it would be possible to use a
5530 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5531 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5532
5533 @smallexample
5534 (define_expand "zero_extendhisi2"
5535   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5536         (const_int 0))
5537    (set (strict_low_part
5538           (subreg:HI
5539             (match_dup 0)
5540             0))
5541         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5542   ""
5543   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5544 @end smallexample
5545
5546 @noindent
5547 @findex make_safe_from
5548 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5549 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5550 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5551 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5552 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5553 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5554 by emitting another RTL insn.
5555
5556 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5557 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5558 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5559 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5560 on this machine.  So it must be copied into a register with
5561 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5562
5563 @smallexample
5564 (define_expand "zero_extendhisi2"
5565   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5566         (and:SI (subreg:SI
5567                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5568                   0)
5569                 (match_dup 2)))]
5570   ""
5571   "operands[2]
5572      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5573 @end smallexample
5574
5575 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5576 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5577 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5578 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5579 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5580 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5581 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5582 in the compiler.
5583
5584 @end ifset
5585 @ifset INTERNALS
5586 @node Insn Splitting
5587 @section Defining How to Split Instructions
5588 @cindex insn splitting
5589 @cindex instruction splitting
5590 @cindex splitting instructions
5591
5592 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5593 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5594 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5595 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5596 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5597 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5598 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5599 cannot be placed into a delay slot.
5600
5601 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5602 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5603 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5604 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5605 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5606 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5607 scheduling.
5608
5609 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5610 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5611 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5612 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5613 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5614 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5615 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5616 split the addition into two insns is machine-dependent.
5617
5618 @findex define_split
5619 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5620 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5621
5622 @smallexample
5623 (define_split
5624   [@var{insn-pattern}]
5625   "@var{condition}"
5626   [@var{new-insn-pattern-1}
5627    @var{new-insn-pattern-2}
5628    @dots{}]
5629   "@var{preparation-statements}")
5630 @end smallexample
5631
5632 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5633 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5634 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5635 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5636 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5637 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5638
5639 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5640 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5641 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5642 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5643 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5644 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5645 must not allocate any space in the stack frame.
5646
5647 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5648 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5649 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5650 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5651 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5652 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5653 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5654 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5655 of those definitions.
5656
5657 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5658 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5659 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5660
5661 @smallexample
5662 (define_split
5663   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5664         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5665   ""
5666   [(set (match_dup 0)
5667         (ashift:SI (match_dup 1)
5668                    (const_int 16)))
5669    (set (match_dup 0)
5670         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5671                      (const_int 16)))]
5672   "
5673 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5674 @end smallexample
5675
5676 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5677 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5678 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5679 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5680 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5681 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5682 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5683 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5684 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5685 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5686
5687 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5688 @file{rs6000.md}:
5689
5690 @smallexample
5691 (define_split
5692   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5693         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5694                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5695   ""
5696   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5697    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5698 "
5699 @{
5700   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5701   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5702
5703   if (low & 0x8000)
5704     high++, low |= 0xffff0000;
5705
5706   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5707   operands[4] = GEN_INT (low);
5708 @}")
5709 @end smallexample
5710
5711 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5712 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5713 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5714 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5715
5716 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5717 an equality comparison of a register and a large constant:
5718
5719 @smallexample
5720 (define_split
5721   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5722         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5723                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5724    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5725   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5726    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5727        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5728   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5729    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5730   "
5731 @{
5732   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5733      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5734      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5735
5736   int c = INTVAL (operands[2]);
5737   int sextc = (c << 16) >> 16;
5738   int xorv = c ^ sextc;
5739
5740   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5741   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5742 @}")
5743 @end smallexample
5744
5745 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5746 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5747 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5748 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5749 are not valid.
5750
5751 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5752 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5753 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5754 several restriction apply.
5755
5756 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5757 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5758 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5759 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5760 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5761 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5762 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5763 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5764 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5765 forward jumps to the newly created labels.
5766
5767 @findex define_insn_and_split
5768 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5769 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5770 this:
5771
5772 @smallexample
5773 (define_insn_and_split
5774   [@var{insn-pattern}]
5775   "@var{condition}"
5776   "@var{output-template}"
5777   "@var{split-condition}"
5778   [@var{new-insn-pattern-1}
5779    @var{new-insn-pattern-2}
5780    @dots{}]
5781   "@var{preparation-statements}"
5782   [@var{insn-attributes}])
5783
5784 @end smallexample
5785
5786 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5787 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5788 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5789 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5790 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5791 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5792 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5793 from i386.md:
5794
5795 @smallexample
5796 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5797   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5798      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5799    (clobber (reg:CC 17))]
5800   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5801   "#"
5802   "&& reload_completed"
5803   [(parallel [(set (match_dup 0)
5804                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5805               (clobber (reg:CC 17))])]
5806   ""
5807   [(set_attr "type" "alu1")])
5808
5809 @end smallexample
5810
5811 In this case, the actual split condition will be
5812 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5813
5814 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5815 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5816 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5817 having to ensure the two patterns' templates match.
5818
5819 @end ifset
5820 @ifset INTERNALS
5821 @node Including Patterns
5822 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5823 @cindex insn includes
5824
5825 @findex include
5826 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5827 look for patterns that are in files other than in the file
5828 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5829
5830 It looks like:
5831
5832 @smallexample
5833
5834 (include
5835   @var{pathname})
5836 @end smallexample
5837
5838 For example:
5839
5840 @smallexample
5841
5842 (include "filestuff")
5843
5844 @end smallexample
5845
5846 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5847 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5848 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5849
5850
5851 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5852 and placed into subdirectories.
5853
5854 By specifying:
5855
5856 @smallexample
5857
5858 (include "BOGUS/filestuff")
5859
5860 @end smallexample
5861
5862 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5863
5864 Specifying an absolute path for the include file such as;
5865 @smallexample
5866
5867 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5868
5869 @end smallexample
5870 is permitted but is not encouraged.
5871
5872 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5873 @cindex directory options .md
5874 @cindex options, directory search
5875 @cindex search options
5876
5877 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5878 For example:
5879
5880 @smallexample
5881
5882 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5883
5884 @end smallexample
5885
5886
5887 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5888 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5889 file, substituting your own version, since these directories are
5890 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5891 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5892 order; the standard default directory come after.
5893
5894
5895 @end ifset
5896 @ifset INTERNALS
5897 @node Peephole Definitions
5898 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5899 @cindex peephole optimizer definitions
5900 @cindex defining peephole optimizers
5901
5902 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5903 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5904
5905 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5906 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5907 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5908 though the second one does not appear to use a register computed in the
5909 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5910 opportunities.
5911
5912 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5913 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5914 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5915 is deprecated.
5916
5917 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5918 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5919 but before scheduling, which may result in much better code for
5920 targets that do scheduling.
5921
5922 @menu
5923 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5924 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5925 @end menu
5926
5927 @end ifset
5928 @ifset INTERNALS
5929 @node define_peephole
5930 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5931 @findex define_peephole
5932
5933 @need 1000
5934 A definition looks like this:
5935
5936 @smallexample
5937 (define_peephole
5938   [@var{insn-pattern-1}
5939    @var{insn-pattern-2}
5940    @dots{}]
5941   "@var{condition}"
5942   "@var{template}"
5943   "@var{optional-insn-attributes}")
5944 @end smallexample
5945
5946 @noindent
5947 The last string operand may be omitted if you are not using any
5948 machine-specific information in this machine description.  If present,
5949 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5950
5951 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5952 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5953 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5954 the next, and so on.
5955
5956 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5957 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5958 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5959 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5960 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5961 stages.
5962
5963 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5964 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5965 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5966 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5967 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5968 other.
5969
5970 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5971 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5972 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5973 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5974 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5975
5976 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5977 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5978 previously tested.
5979
5980 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5981 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5982 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5983 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5984 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5985 patterns.
5986
5987 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5988 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5989 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5990 the operands.
5991
5992 @findex prev_active_insn
5993 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5994 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5995 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5996 to refer to the last of the insns being matched; use
5997 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5998
5999 @findex dead_or_set_p
6000 When optimizing computations with intermediate results, you can use
6001 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
6002 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
6003 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
6004 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
6005 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
6006 value (from @code{operands[@var{i}]}).
6007
6008 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
6009 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
6010 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
6011 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
6012 used in matching the original sequence of insns.
6013
6014 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
6015 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
6016 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
6017 as the insn pattern to control how the insn is output.
6018
6019 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
6020 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
6021
6022 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
6023
6024 @smallexample
6025 (define_peephole
6026   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
6027    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
6028         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
6029   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
6030 @{
6031   rtx xoperands[2];
6032   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
6033 #ifdef MOTOROLA
6034   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
6035   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
6036   return "fmove.d (sp)+,%0";
6037 #else
6038   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
6039   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
6040   return "fmoved sp@@+,%0";
6041 #endif
6042 @})
6043 @end smallexample
6044
6045 @need 1000
6046 The effect of this optimization is to change
6047
6048 @smallexample
6049 @group
6050 jbsr _foobar
6051 addql #4,sp
6052 movel d1,sp@@-
6053 movel d0,sp@@-
6054 fmoved sp@@+,fp0
6055 @end group
6056 @end smallexample
6057
6058 @noindent
6059 into
6060
6061 @smallexample
6062 @group
6063 jbsr _foobar
6064 movel d1,sp@@
6065 movel d0,sp@@-
6066 fmoved sp@@+,fp0
6067 @end group
6068 @end smallexample
6069
6070 @ignore
6071 @findex CC_REVERSED
6072 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
6073 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
6074 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
6075 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
6076 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
6077 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
6078 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
6079 and in this C code check the condition code status flags and change the
6080 assembler code as appropriate.
6081 @end ignore
6082
6083 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
6084 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
6085 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
6086 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
6087 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
6088 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
6089 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
6090 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
6091 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
6092
6093 @smallexample
6094 (define_insn "divmodsi4"
6095   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6096         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6097                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6098    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6099         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
6100   "TARGET_68020"
6101   "divsl%.l %2,%3:%0")
6102 @end smallexample
6103
6104 @noindent
6105 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
6106
6107 @smallexample
6108 (define_peephole
6109   [@dots{}
6110    (parallel
6111     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
6112           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
6113                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
6114      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
6115           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
6116    @dots{}]
6117   @dots{})
6118 @end smallexample
6119
6120 @end ifset
6121 @ifset INTERNALS
6122 @node define_peephole2
6123 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
6124 @findex define_peephole2
6125
6126 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
6127 substitute one sequence of instructions for another sequence,
6128 what additional scratch registers may be needed and what their
6129 lifetimes must be.
6130
6131 @smallexample
6132 (define_peephole2
6133   [@var{insn-pattern-1}
6134    @var{insn-pattern-2}
6135    @dots{}]
6136   "@var{condition}"
6137   [@var{new-insn-pattern-1}
6138    @var{new-insn-pattern-2}
6139    @dots{}]
6140   "@var{preparation-statements}")
6141 @end smallexample
6142
6143 The definition is almost identical to @code{define_split}
6144 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
6145 single instruction, but a sequence of instructions.
6146
6147 It is possible to request additional scratch registers for use in the
6148 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
6149 will simply not match.
6150
6151 @findex match_scratch
6152 @findex match_dup
6153 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
6154 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
6155 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
6156 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
6157 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
6158 at which the register must be available.
6159
6160 Here is an example from the IA-32 machine description:
6161
6162 @smallexample
6163 (define_peephole2
6164   [(match_scratch:SI 2 "r")
6165    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6166                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6167                      [(match_dup 0)
6168                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6169               (clobber (reg:CC 17))])]
6170   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6171   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6172    (parallel [(set (match_dup 0)
6173                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6174               (clobber (reg:CC 17))])]
6175   "")
6176 @end smallexample
6177
6178 @noindent
6179 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6180 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6181 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6182 to be live only at the point just before the arithmetic.
6183
6184 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6185 so here's a silly made-up example:
6186
6187 @smallexample
6188 (define_peephole2
6189   [(match_scratch:SI 4 "r")
6190    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6191    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6192    (match_dup 4)
6193    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6194   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6195   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6196    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6197    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6198    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6199   "")
6200 @end smallexample
6201
6202 @noindent
6203 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6204 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6205 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6206
6207 @end ifset
6208 @ifset INTERNALS
6209 @node Insn Attributes
6210 @section Instruction Attributes
6211 @cindex insn attributes
6212 @cindex instruction attributes
6213
6214 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6215 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6216 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6217 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6218 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6219 to track the condition codes.
6220
6221 @menu
6222 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6223 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6224 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6225 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6226 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6227 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6228 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6229 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6230 @end menu
6231
6232 @end ifset
6233 @ifset INTERNALS
6234 @node Defining Attributes
6235 @subsection Defining Attributes and their Values
6236 @cindex defining attributes and their values
6237 @cindex attributes, defining
6238
6239 @findex define_attr
6240 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6241 by the target machine.  It looks like:
6242
6243 @smallexample
6244 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6245 @end smallexample
6246
6247 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6248
6249 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6250 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6251 indicate that the attribute takes numeric values.
6252
6253 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6254 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6255 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6256 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6257 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6258
6259 @findex insn-attr.h
6260 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6261 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6262 specified for an attribute, the following are defined:
6263
6264 @itemize @bullet
6265 @item
6266 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6267
6268 @item
6269 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6270 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6271 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6272
6273 @item
6274 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6275 returns the attribute value for that insn.
6276 @end itemize
6277
6278 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6279
6280 @smallexample
6281 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6282 @end smallexample
6283
6284 @noindent
6285 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6286
6287 @smallexample
6288 #define HAVE_ATTR_type
6289 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6290                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6291 extern enum attr_type get_attr_type ();
6292 @end smallexample
6293
6294 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6295 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6296 @code{int}.
6297
6298 @end ifset
6299 @ifset INTERNALS
6300 @node Expressions
6301 @subsection Attribute Expressions
6302 @cindex attribute expressions
6303
6304 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6305 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6306 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6307
6308 @table @code
6309 @cindex @code{const_int} and attributes
6310 @item (const_int @var{i})
6311 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6312 must be non-negative.
6313
6314 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6315 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6316 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6317 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6318 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6319
6320 @cindex @code{const_string} and attributes
6321 @item (const_string @var{value})
6322 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6323 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6324 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6325 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6326 of a @code{define_attr}.
6327
6328 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6329 must be a string containing a non-negative integer (normally
6330 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6331 contain one of the valid values for the attribute.
6332
6333 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6334 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6335 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6336 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6337 otherwise it is @var{false-value}.
6338
6339 @cindex @code{cond} and attributes
6340 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6341 The first operand of this expression is a vector containing an even
6342 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6343 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6344 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6345 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6346 expression is that of the @var{default} expression.
6347 @end table
6348
6349 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6350
6351 @table @code
6352 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6353 @item (const_int @var{i})
6354 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6355
6356 @cindex @code{not} and attributes
6357 @cindex @code{ior} and attributes
6358 @cindex @code{and} and attributes
6359 @item (not @var{test})
6360 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6361 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6362 These tests are true if the indicated logical function is true.
6363
6364 @cindex @code{match_operand} and attributes
6365 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6366 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6367 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6368 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6369 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6370 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6371 string).
6372
6373 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6374
6375 @cindex @code{le} and attributes
6376 @cindex @code{leu} and attributes
6377 @cindex @code{lt} and attributes
6378 @cindex @code{gt} and attributes
6379 @cindex @code{gtu} and attributes
6380 @cindex @code{ge} and attributes
6381 @cindex @code{geu} and attributes
6382 @cindex @code{ne} and attributes
6383 @cindex @code{eq} and attributes
6384 @cindex @code{plus} and attributes
6385 @cindex @code{minus} and attributes
6386 @cindex @code{mult} and attributes
6387 @cindex @code{div} and attributes
6388 @cindex @code{mod} and attributes
6389 @cindex @code{abs} and attributes
6390 @cindex @code{neg} and attributes
6391 @cindex @code{ashift} and attributes
6392 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6393 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6394 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6395 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6396 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6397 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6398 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6399 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6400 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6401 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6402 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6403 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6404 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6405 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6406 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6407 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6408 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6409
6410 @findex get_attr
6411 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6412 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6413 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6414 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6415 variable.
6416
6417 @findex eq_attr
6418 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6419 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6420
6421 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6422 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6423 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6424 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6425 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6426 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6427 @emph{not} in the specified list.
6428
6429 For example,
6430
6431 @smallexample
6432 (eq_attr "type" "load,store")
6433 @end smallexample
6434
6435 @noindent
6436 is equivalent to
6437
6438 @smallexample
6439 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6440 @end smallexample
6441
6442 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6443 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6444 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6445 example,
6446
6447 @smallexample
6448 (eq_attr "alternative" "2,3")
6449 @end smallexample
6450
6451 @noindent
6452 is equivalent to
6453
6454 @smallexample
6455 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6456      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6457 @end smallexample
6458
6459 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6460 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6461 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6462
6463 @findex attr_flag
6464 @item (attr_flag @var{name})
6465 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6466 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6467 scheduled.
6468
6469 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6470 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6471 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6472 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6473 if a conditional branch is expected to be taken.
6474
6475 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6476 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6477
6478 This example describes a conditional branch delay slot which
6479 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6480 for backward branches which are not taken (annul-false).
6481
6482 @smallexample
6483 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6484   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6485    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6486         (attr_flag "forward"))
6487    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6488         (attr_flag "backward"))])
6489 @end smallexample
6490
6491 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6492 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6493
6494 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6495 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6496 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6497 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6498
6499 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6500 meaning to other passes of the compiler.
6501
6502 @findex attr
6503 @item (attr @var{name})
6504 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6505 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6506 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6507 @end table
6508
6509 @end ifset
6510 @ifset INTERNALS
6511 @node Tagging Insns
6512 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6513 @cindex tagging insns
6514 @cindex assigning attribute values to insns
6515
6516 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6517 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6518 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6519 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6520 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6521 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6522 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6523 permits the specification of the values for only one or two attributes
6524 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6525 next section.
6526
6527 The optional last argument of @code{define_insn} and
6528 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6529 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6530 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6531 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6532 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6533 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6534
6535 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6536 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6537 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6538 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6539 each alternative.
6540
6541 @findex set_attr
6542 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6543 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6544 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6545 of attribute values, one for each alternative.
6546
6547 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6548 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6549
6550 @table @code
6551 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6552 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6553 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6554 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6555 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6556
6557 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6558 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6559 that alternative.
6560
6561 @findex set_attr_alternative
6562 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6563 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6564 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6565 tests on the @samp{alternative} attribute.
6566
6567 @findex attr
6568 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6569 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6570 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6571 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6572 @end table
6573
6574 The following shows three different ways of representing the same
6575 attribute value specification:
6576
6577 @smallexample
6578 (set_attr "type" "load,store,arith")
6579
6580 (set_attr_alternative "type"
6581                       [(const_string "load") (const_string "store")
6582                        (const_string "arith")])
6583
6584 (set (attr "type")
6585      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6586             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6587            (const_string "arith")))
6588 @end smallexample
6589
6590 @need 1000
6591 @findex define_asm_attributes
6592 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6593 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6594 statement.  It has the form:
6595
6596 @smallexample
6597 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6598 @end smallexample
6599
6600 @noindent
6601 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6602 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6603
6604 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6605 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6606
6607 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6608 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6609 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6610 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6611 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6612 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6613 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6614 of a single machine instruction.
6615
6616 @end ifset
6617 @ifset INTERNALS
6618 @node Attr Example
6619 @subsection Example of Attribute Specifications
6620 @cindex attribute specifications example
6621 @cindex attribute specifications
6622
6623 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6624 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6625 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6626 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6627 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6628
6629 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6630 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6631 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6632 operations, floating point operations, and branches.
6633
6634 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6635 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6636 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6637 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6638 changed if the item previously set into the condition code has been
6639 modified.
6640
6641 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6642
6643 @smallexample
6644 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6645
6646 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6647              (cond [(eq_attr "type" "load")
6648                         (const_string "change0")
6649                     (eq_attr "type" "store,branch")
6650                         (const_string "unchanged")
6651                     (eq_attr "type" "arith")
6652                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6653                                       (const_string "set")
6654                                       (const_string "clobber"))]
6655                    (const_string "clobber")))
6656
6657 (define_insn ""
6658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6659         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6660   ""
6661   "@@
6662    move %0,%1
6663    load %0,%1
6664    store %0,%1"
6665   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6666 @end smallexample
6667
6668 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6669 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6670 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6671 full-word result.
6672
6673 @end ifset
6674 @ifset INTERNALS
6675 @node Insn Lengths
6676 @subsection Computing the Length of an Insn
6677 @cindex insn lengths, computing
6678 @cindex computing the length of an insn
6679
6680 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6681 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6682 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6683 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6684 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6685 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6686
6687 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6688 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6689
6690 @table @code
6691 @cindex @code{match_dup} and attributes
6692 @item (match_dup @var{n})
6693 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6694 must be a @code{label_ref}.
6695
6696 @cindex @code{pc} and attributes
6697 @item (pc)
6698 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6699 been more consistent with other usage to make this the address of the
6700 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6701 current insn is to be computed.
6702 @end table
6703
6704 @cindex @code{addr_vec}, length of
6705 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6706 For normal insns, the length will be determined by value of the
6707 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6708 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6709 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6710
6711 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6712
6713 The following macros can be used to refine the length computation:
6714
6715 @table @code
6716 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6717 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6718 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6719 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6720 that contains the initially computed length of the insn and should be
6721 updated with the correct length of the insn.
6722
6723 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6724 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6725 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6726 may be required.
6727 @end table
6728
6729 @findex get_attr_length
6730 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6731 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6732 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6733 example below illustrates.
6734
6735 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6736 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6737 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6738 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6739 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6740
6741 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6742 as follows:
6743
6744 @smallexample
6745 (define_insn "jump"
6746   [(set (pc)
6747         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6748   ""
6749 @{
6750    return (get_attr_length (insn) == 4
6751            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6752 @}
6753   [(set (attr "length")
6754         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6755                       (const_int 4)
6756                       (const_int 6)))])
6757 @end smallexample
6758
6759 @end ifset
6760 @ifset INTERNALS
6761 @node Constant Attributes
6762 @subsection Constant Attributes
6763 @cindex constant attributes
6764
6765 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6766 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6767 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6768 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6769
6770 @smallexample
6771 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6772  (const
6773   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6774          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6775         (const_string "m88000"))))
6776
6777 (define_attr "memory" "fast,slow"
6778  (const
6779   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6780                 (const_string "fast")
6781                 (const_string "slow"))))
6782 @end smallexample
6783
6784 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6785 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6786 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6787 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6788 forms involving insn attributes.
6789
6790 @end ifset
6791 @ifset INTERNALS
6792 @node Delay Slots
6793 @subsection Delay Slot Scheduling
6794 @cindex delay slots, defining
6795
6796 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6797 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6798 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6799 after the instruction are executed as if they were located before it.
6800 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6801 the following instruction before the branch or call is performed.
6802
6803 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6804 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6805 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6806 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6807 annul if the branch is false are supported.
6808
6809 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6810 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6811 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6812 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6813 instruction scheduling.
6814
6815 @findex define_delay
6816 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6817 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6818
6819 @smallexample
6820 (define_delay @var{test}
6821               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6822                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6823                @dots{}])
6824 @end smallexample
6825
6826 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6827 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6828 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6829 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6830 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6831 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6832 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6833 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6834 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6835
6836 For example, in the common case where branch and call insns require
6837 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6838 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6839
6840 @smallexample
6841 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6842               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6843 @end smallexample
6844
6845 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6846 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6847 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6848 expressions are both true.
6849
6850 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6851 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6852 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6853 branch is true, we might represent this as follows:
6854
6855 @smallexample
6856 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6857    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6858     (eq_attr "type" "!branch,call")
6859     (nil)])
6860
6861 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6862               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6863                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6864 @end smallexample
6865 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6866
6867 @end ifset
6868 @ifset INTERNALS
6869 @node Processor pipeline description
6870 @subsection Specifying processor pipeline description
6871 @cindex processor pipeline description
6872 @cindex processor functional units
6873 @cindex instruction latency time
6874 @cindex interlock delays
6875 @cindex data dependence delays
6876 @cindex reservation delays
6877 @cindex pipeline hazard recognizer
6878 @cindex automaton based pipeline description
6879 @cindex regular expressions
6880 @cindex deterministic finite state automaton
6881 @cindex automaton based scheduler
6882 @cindex RISC
6883 @cindex VLIW
6884
6885 To achieve better performance, most modern processors
6886 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6887 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6888 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6889 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6890 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6891 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6892 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6893 MIPS processors).
6894
6895 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6896 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6897 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6898 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6899 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6900 are not available but will be ready in given time after the
6901 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6902 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6903 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6904 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6905 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6906 means that two instructions under execution will be in need of shared
6907 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6908 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6909 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6910 processors.
6911
6912 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6913 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6914 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6915 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6916 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6917 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6918 @dfn{regular expressions}.
6919
6920 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6921 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6922 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6923 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6924 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6925 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6926 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6927 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6928 furthermore, its speed is not dependent on processor
6929 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6930   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6931   can split orthogonal parts of the machine description among several
6932   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6933   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6934
6935 @cindex automaton based pipeline description
6936 The rest of this section describes the directives that constitute
6937 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6938 these constructions within the machine description file is not
6939 important.
6940
6941 @findex define_automaton
6942 @cindex pipeline hazard recognizer
6943 The following optional construction describes names of automata
6944 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6945 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6946 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6947 units to the automata, the total size of the automata is usually
6948 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6949 construction, only one finite state automaton is generated.
6950
6951 @smallexample
6952 (define_automaton @var{automata-names})
6953 @end smallexample
6954
6955 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6956 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6957 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6958 @code{define_query_cpu_unit}.
6959
6960 @findex define_cpu_unit
6961 @cindex processor functional units
6962 Each processor functional unit used in the description of instruction
6963 reservations should be described by the following construction.
6964
6965 @smallexample
6966 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6967 @end smallexample
6968
6969 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6970 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6971 for other goals.
6972
6973 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6974 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6975 construction @code{define_automaton}.  You should give
6976 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6977
6978 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6979 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6980 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6981 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6982 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6983 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6984 description of the subsequent constructions.
6985
6986 @findex define_query_cpu_unit
6987 @cindex querying function unit reservations
6988 The following construction describes CPU functional units analogously
6989 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6990 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6991 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6992 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6993 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6994 @acronym{VLIW} insn templates).
6995
6996 @smallexample
6997 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6998 @end smallexample
6999
7000 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
7001 separated by commas.
7002
7003 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
7004 which the unit is bound.
7005
7006 @findex define_insn_reservation
7007 @cindex instruction latency time
7008 @cindex regular expressions
7009 @cindex data bypass
7010 The following construction is the major one to describe pipeline
7011 characteristics of an instruction.
7012
7013 @smallexample
7014 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
7015                          @var{condition} @var{regexp})
7016 @end smallexample
7017
7018 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
7019 instruction.  There is an important difference between the old
7020 description and the automaton based pipeline description.  The latency
7021 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
7022 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
7023 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
7024 zero and the cost of output dependencies is the difference between
7025 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
7026 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
7027 change the default costs for any description by using the target hook
7028 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
7029
7030 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
7031 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
7032 the automaton description file generated for debugging.  The internal
7033 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
7034 good practice to use insn classes described in the processor manual.
7035
7036 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
7037 construction.  You should remember that you will be in trouble if
7038 @var{condition} for two or more different
7039 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
7040 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
7041 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
7042 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
7043 the same value is quite difficult (especially if the conditions
7044 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
7045 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
7046 recognizer considerably.
7047
7048 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
7049 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
7050 expression according to the following syntax:
7051
7052 @smallexample
7053        regexp = regexp "," oneof
7054               | oneof
7055
7056        oneof = oneof "|" allof
7057              | allof
7058
7059        allof = allof "+" repeat
7060              | repeat
7061
7062        repeat = element "*" number
7063               | element
7064
7065        element = cpu_function_unit_name
7066                | reservation_name
7067                | result_name
7068                | "nothing"
7069                | "(" regexp ")"
7070 @end smallexample
7071
7072 @itemize @bullet
7073 @item
7074 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
7075 the reservation.
7076
7077 @item
7078 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
7079 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
7080 regular expression @strong{or} etc.
7081
7082 @item
7083 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
7084 regular expression @strong{and} a reservation described by the
7085 second regular expression @strong{and} etc.
7086
7087 @item
7088 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
7089 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
7090 advancing (see @samp{,}).
7091
7092 @item
7093 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
7094 functional unit.
7095
7096 @item
7097 @samp{reservation_name} --- see description of construction
7098 @samp{define_reservation}.
7099
7100 @item
7101 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
7102 @end itemize
7103
7104 @findex define_reservation
7105 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
7106 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
7107 the common part by the following construction
7108
7109 @smallexample
7110 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
7111 @end smallexample
7112
7113 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
7114 Functional unit names and reservation names are in the same name
7115 space.  So the reservation names should be different from the
7116 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
7117
7118 @findex define_bypass
7119 @cindex instruction latency time
7120 @cindex data bypass
7121 The following construction is used to describe exceptions in the
7122 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
7123
7124 @smallexample
7125 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
7126                [@var{guard}])
7127 @end smallexample
7128
7129 @var{number} defines when the result generated by the instructions
7130 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
7131 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
7132 the string are separated by commas.
7133
7134 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
7135 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
7136 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
7137 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
7138 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
7139 of insn @samp{store} (not a stored value).
7140
7141 @findex exclusion_set
7142 @findex presence_set
7143 @findex final_presence_set
7144 @findex absence_set
7145 @findex final_absence_set
7146 @cindex VLIW
7147 @cindex RISC
7148 The following five constructions are usually used to describe
7149 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
7150 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
7151 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
7152
7153 @smallexample
7154 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
7155 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7156 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7157 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7158 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
7159 @end smallexample
7160
7161 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7162 separated by commas.
7163
7164 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7165 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7166 separated by white-spaces.
7167
7168 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7169 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7170 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7171 example, the construction is useful for describing processors
7172 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7173 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7174 point insns or only double floating point insns.
7175
7176 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7177 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7178 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7179 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7180 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7181 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7182 construction
7183
7184 @smallexample
7185 (presence_set "slot1" "slot0")
7186 @end smallexample
7187
7188 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7189 reservation.  In this case we could write
7190
7191 @smallexample
7192 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7193 @end smallexample
7194
7195 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7196 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7197 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7198 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7199 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7200 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7201 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7202 done on the result reservation.  This construction is useful to
7203 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7204 For example, if we use
7205
7206 @smallexample
7207 (presence_set "slot1" "slot0")
7208 @end smallexample
7209
7210 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7211 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7212
7213 @smallexample
7214 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7215 @end smallexample
7216
7217 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7218
7219 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7220 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7221 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7222 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7223 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7224 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7225 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7226 can be described as:
7227
7228 @smallexample
7229 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7230 @end smallexample
7231
7232 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7233 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7234 this case we could write
7235
7236 @smallexample
7237 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7238 @end smallexample
7239
7240 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7241 automaton.
7242
7243 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7244 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7245 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7246
7247 @findex automata_option
7248 @cindex deterministic finite state automaton
7249 @cindex nondeterministic finite state automaton
7250 @cindex finite state automaton minimization
7251 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7252 the following construction.
7253
7254 @smallexample
7255 (automata_option @var{options})
7256 @end smallexample
7257
7258 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7259 code.  Currently there are the following options:
7260
7261 @itemize @bullet
7262 @item
7263 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7264 only worth to do when we are debugging the description and need to
7265 look more accurately at reservations of states.
7266
7267 @item
7268 @dfn{time} means printing time statistics about the generation of
7269 automata.
7270
7271 @item
7272 @dfn{stats} means printing statistics about the generated automata
7273 such as the number of DFA states, NDFA states and arcs.
7274
7275 @item
7276 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7277 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7278 verification and debugging.
7279
7280 @item
7281 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7282 non-critical errors.
7283
7284 @item
7285 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7286 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7287 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7288 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7289 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7290 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7291
7292 @item
7293 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7294 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7295 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7296 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7297 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7298 huge automaton.
7299 @end itemize
7300
7301 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7302 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7303 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7304 the following functional units.
7305
7306 @smallexample
7307 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7308 (define_cpu_unit "port0, port1")
7309 @end smallexample
7310
7311 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7312 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7313 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7314 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7315 multiplication insns can be executed only in the second integer
7316 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7317 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7318 integer division insn can not be issued until the current division
7319 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7320 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7321 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7322 incurred.  To describe all of this we could specify
7323
7324 @smallexample
7325 (define_cpu_unit "div")
7326
7327 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7328                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7329
7330 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7331                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7332
7333 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7334                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7335
7336 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7337                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7338
7339 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7340 @end smallexample
7341
7342 To simplify the description we could describe the following reservation
7343
7344 @smallexample
7345 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7346 @end smallexample
7347
7348 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7349 construction
7350
7351 @smallexample
7352 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7353                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7354 @end smallexample
7355
7356
7357 @end ifset
7358 @ifset INTERNALS
7359 @node Conditional Execution
7360 @section Conditional Execution
7361 @cindex conditional execution
7362 @cindex predication
7363
7364 A number of architectures provide for some form of conditional
7365 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7366 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7367 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7368 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7369 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7370
7371 @findex define_cond_exec
7372 @smallexample
7373 (define_cond_exec
7374   [@var{predicate-pattern}]
7375   "@var{condition}"
7376   "@var{output-template}")
7377 @end smallexample
7378
7379 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7380 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7381 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7382 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7383 alternative.
7384
7385 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7386 pattern to match.
7387
7388 @findex current_insn_predicate
7389 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7390 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7391 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7392 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7393 In order to handle the general case, there is a global variable
7394 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7395 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7396
7397 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7398 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7399 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7400 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7401 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7402 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7403 alternative or anything else.
7404
7405 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7406 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7407 generated that matches a predicated version of the instruction.
7408 For example,
7409
7410 @smallexample
7411 (define_insn "addsi"
7412   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7413         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7414                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7415   "@var{test1}"
7416   "add %2,%1,%0")
7417
7418 (define_cond_exec
7419   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7420        (const_int 0))]
7421   "@var{test2}"
7422   "(%0)")
7423 @end smallexample
7424
7425 @noindent
7426 generates a new pattern
7427
7428 @smallexample
7429 (define_insn ""
7430   [(cond_exec
7431      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7432      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7433           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7434                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7435   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7436   "(%3) add %2,%1,%0")
7437 @end smallexample
7438
7439 @end ifset
7440 @ifset INTERNALS
7441 @node Constant Definitions
7442 @section Constant Definitions
7443 @cindex constant definitions
7444 @findex define_constants
7445
7446 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7447 can be a maintenance problem.
7448
7449 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7450 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7451 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7452 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7453 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7454 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7455 a different value.
7456
7457 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7458
7459 @smallexample
7460 (define_insn ""
7461   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7462      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7463            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7464       (use (reg:SI 179))
7465       (clobber (reg:SI 179))])]
7466   ""
7467   "loadm 0,0,%1,%2")
7468 @end smallexample
7469
7470 You could write:
7471
7472 @smallexample
7473 (define_constants [
7474     (R_BP 177)
7475     (R_FC 178)
7476     (R_CR 179)
7477     (R_Q  180)
7478 ])
7479
7480 (define_insn ""
7481   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7482      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7483            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7484       (use (reg:SI R_CR))
7485       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7486   ""
7487   "loadm 0,0,%1,%2")
7488 @end smallexample
7489
7490 The constants that are defined with a define_constant are also output
7491 in the insn-codes.h header file as #defines.
7492 @end ifset
7493 @ifset INTERNALS
7494 @node Macros
7495 @section Macros
7496 @cindex macros in @file{.md} files
7497
7498 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7499 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
7500 facilities to make this process easier.
7501
7502 @menu
7503 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
7504 * Code Macros::         Doing the same for codes.
7505 @end menu
7506
7507 @node Mode Macros
7508 @subsection Mode Macros
7509 @cindex mode macros in @file{.md} files
7510
7511 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7512 For example:
7513
7514 @itemize @bullet
7515 @item
7516 If a processor has hardware support for both single and double
7517 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7518 very similar to the @code{DFmode} ones.
7519
7520 @item
7521 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7522 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7523 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7524 @end itemize
7525
7526 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
7527 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7528 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7529 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7530
7531 @menu
7532 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
7533 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
7534 * Examples::             Examples
7535 @end menu
7536
7537 @node Defining Mode Macros
7538 @subsubsection Defining Mode Macros
7539 @findex define_mode_macro
7540
7541 The syntax for defining a mode macro is:
7542
7543 @smallexample
7544 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7545 @end smallexample
7546
7547 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7548 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7549 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7550 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7551 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7552 C condition will also require that @var{condi} be true.
7553
7554 For example:
7555
7556 @smallexample
7557 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7558 @end smallexample
7559
7560 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7561 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7562 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7563 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7564 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7565
7566 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7567 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7568 to @code{@var{mode}}.  For example:
7569
7570 @smallexample
7571 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7572 @end smallexample
7573
7574 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7575 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7576
7577 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7578 significant if two macros are used in a construct that requires
7579 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7580
7581 @node Substitutions
7582 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7583 @findex define_mode_attr
7584
7585 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7586 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7587 example:
7588
7589 @itemize @bullet
7590 @item
7591 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7592 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7593 appropriate mode name for @var{m}.
7594
7595 @item
7596 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7597 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7598
7599 @item
7600 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7601 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7602 mode for the other operand(s).
7603 @end itemize
7604
7605 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7606 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7607 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7608 upper case.  You can define other attributes using:
7609
7610 @smallexample
7611 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7612 @end smallexample
7613
7614 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7615 is the value associated with @var{modei}.
7616
7617 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7618 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7619 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7620 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7621 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7622 value.
7623
7624 For example, suppose an @file{.md} file has:
7625
7626 @smallexample
7627 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7628 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7629 @end smallexample
7630
7631 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7632 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7633 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7634 @code{"ld\t%0,%1"}.
7635
7636 Here is an example of using an attribute for a mode:
7637
7638 @smallexample
7639 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7640 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7641 (define_insn ...
7642   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7643 @end smallexample
7644
7645 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7646 substitution will be attempted for every macro expansion.
7647
7648 @node Examples
7649 @subsubsection Mode Macro Examples
7650
7651 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7652 modes and attributes (among others):
7653
7654 @smallexample
7655 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7656 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7657 @end smallexample
7658
7659 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7660 and @code{subdi3}:
7661
7662 @smallexample
7663 (define_insn "sub<mode>3"
7664   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7665         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7666                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7667   ""
7668   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7669   [(set_attr "type" "arith")
7670    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7671 @end smallexample
7672
7673 This is exactly equivalent to:
7674
7675 @smallexample
7676 (define_insn "subsi3"
7677   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7678         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7679                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7680   ""
7681   "subu\t%0,%1,%2"
7682   [(set_attr "type" "arith")
7683    (set_attr "mode" "SI")])
7684
7685 (define_insn "subdi3"
7686   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7687         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7688                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7689   ""
7690   "dsubu\t%0,%1,%2"
7691   [(set_attr "type" "arith")
7692    (set_attr "mode" "DI")])
7693 @end smallexample
7694
7695 @node Code Macros
7696 @subsection Code Macros
7697 @cindex code macros in @file{.md} files
7698 @findex define_code_macro
7699 @findex define_code_attr
7700
7701 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7702
7703 The construct:
7704
7705 @smallexample
7706 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7707 @end smallexample
7708
7709 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7710 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7711 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7712
7713 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7714 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7715 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7716 @xref{Defining Mode Macros}.
7717
7718 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7719 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7720 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7721 Other attributes are defined using:
7722
7723 @smallexample
7724 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7725 @end smallexample
7726
7727 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7728
7729 @smallexample
7730 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7731                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7732
7733 (define_expand "b<code>"
7734   [(set (pc)
7735         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7736                                    (const_int 0))
7737                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7738                       (pc)))]
7739   ""
7740 @{
7741   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7742   DONE;
7743 @})
7744 @end smallexample
7745
7746 This is equivalent to:
7747
7748 @smallexample
7749 (define_expand "bunordered"
7750   [(set (pc)
7751         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7752                                     (const_int 0))
7753                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7754                       (pc)))]
7755   ""
7756 @{
7757   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7758   DONE;
7759 @})
7760
7761 (define_expand "bordered"
7762   [(set (pc)
7763         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7764                                   (const_int 0))
7765                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7766                       (pc)))]
7767   ""
7768 @{
7769   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7770   DONE;
7771 @})
7772
7773 ...
7774 @end smallexample
7775
7776 @end ifset