OSDN Git Service

2006-10-29 Richard Guenther <rguenther@suse.de>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001,
2 @c 2002, 2003, 2004, 2005, 2006 Free Software Foundation, Inc.
3 @c This is part of the GCC manual.
4 @c For copying conditions, see the file gcc.texi.
5
6 @ifset INTERNALS
7 @node Machine Desc
8 @chapter Machine Descriptions
9 @cindex machine descriptions
10
11 A machine description has two parts: a file of instruction patterns
12 (@file{.md} file) and a C header file of macro definitions.
13
14 The @file{.md} file for a target machine contains a pattern for each
15 instruction that the target machine supports (or at least each instruction
16 that is worth telling the compiler about).  It may also contain comments.
17 A semicolon causes the rest of the line to be a comment, unless the semicolon
18 is inside a quoted string.
19
20 See the next chapter for information on the C header file.
21
22 @menu
23 * Overview::            How the machine description is used.
24 * Patterns::            How to write instruction patterns.
25 * Example::             An explained example of a @code{define_insn} pattern.
26 * RTL Template::        The RTL template defines what insns match a pattern.
27 * Output Template::     The output template says how to make assembler code
28                           from such an insn.
29 * Output Statement::    For more generality, write C code to output
30                           the assembler code.
31 * Predicates::          Controlling what kinds of operands can be used
32                           for an insn.
33 * Constraints::         Fine-tuning operand selection.
34 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
35 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
36 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
37 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
38 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
39 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
40 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
41                           for a standard operation.
42 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
43 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
44 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
45 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
46 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
47                            predication.
48 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
49                         md file.
50 * Macros::              Using macros to generate patterns from a template.
51 @end menu
52
53 @node Overview
54 @section Overview of How the Machine Description is Used
55
56 There are three main conversions that happen in the compiler:
57
58 @enumerate
59
60 @item
61 The front end reads the source code and builds a parse tree.
62
63 @item
64 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
65 instruction patterns.
66
67 @item
68 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
69 code.
70
71 @end enumerate
72
73 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
74 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
75 choose the pattern with the right name and apply the operands according
76 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
77 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
78 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
79 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
80 named pattern it needs, it will abort.
81
82 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
83 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
84 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
85 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
86 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
87 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
88 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
89 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
90
91 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
92 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
93 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
94 example.
95
96 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
97 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
98 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
99 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
100
101 @node Patterns
102 @section Everything about Instruction Patterns
103 @cindex patterns
104 @cindex instruction patterns
105
106 @findex define_insn
107 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
108 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
109 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
110 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
111
112 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
113
114 @enumerate
115 @item
116 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
117 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
118 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
119 the instruction patterns with those names, if the names are defined
120 in the machine description.
121
122 The absence of a name is indicated by writing an empty string
123 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
124 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
125 to be combined later on.
126
127 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
128 effect; they are equivalent to no name at all.
129
130 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
131 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
132 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
133 to having a nameless pattern for all other purposes.
134
135 @item
136 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
137 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
138 incomplete because it may contain @code{match_operand},
139 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
140 operands of the instruction.
141
142 If the vector has only one element, that element is the template for the
143 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
144 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
145 elements described.
146
147 @item
148 @cindex pattern conditions
149 @cindex conditions, in patterns
150 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
151 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
152
153 @cindex named patterns and conditions
154 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
155 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
156 flags.  The compiler needs to test these conditions during
157 initialization in order to learn exactly which named instructions are
158 available in a particular run.
159
160 @findex operands
161 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
162 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
163 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
164 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
165 can't be used to control register allocation, for example by excluding
166 certain hard registers or hard register combinations.
167
168 @item
169 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
170 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
171 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
172
173 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
174 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
175
176 @item
177 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
178 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
179 @end enumerate
180
181 @node Example
182 @section Example of @code{define_insn}
183 @cindex @code{define_insn} example
184
185 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
186
187 @smallexample
188 (define_insn "tstsi"
189   [(set (cc0)
190         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
191   ""
192   "*
193 @{
194   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
195     return \"tstl %0\";
196   return \"cmpl #0,%0\";
197 @}")
198 @end smallexample
199
200 @noindent
201 This can also be written using braced strings:
202
203 @smallexample
204 (define_insn "tstsi"
205   [(set (cc0)
206         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
207   ""
208 @{
209   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
210     return "tstl %0";
211   return "cmpl #0,%0";
212 @})
213 @end smallexample
214
215 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
216 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
217 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
218 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
219 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
220 can be constructed using this pattern.
221
222 The output control string is a piece of C code which chooses which
223 output template to return based on the kind of operand and the specific
224 type of CPU for which code is being generated.
225
226 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
227
228 @node RTL Template
229 @section RTL Template
230 @cindex RTL insn template
231 @cindex generating insns
232 @cindex insns, generating
233 @cindex recognizing insns
234 @cindex insns, recognizing
235
236 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
237 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
238 says how to construct an insn from specified operands.
239
240 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
241 template.  Matching involves determining the values that serve as the
242 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
243 controlled by special expression types that direct matching and
244 substitution of the operands.
245
246 @table @code
247 @findex match_operand
248 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
249 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
250 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
251 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
252 appears at this position in the insn will be taken as operand
253 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
254 pattern will not match at all.
255
256 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
257 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
258 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
259 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
260 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
261 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
262 other operand numbers.
263
264 @var{predicate} is a string that is the name of a function that
265 accepts two arguments, an expression and a machine mode.
266 @xref{Predicates}.  During matching, the function will be called with
267 the putative operand as the expression and @var{m} as the mode
268 argument (if @var{m} is not specified, @code{VOIDmode} will be used,
269 which normally causes @var{predicate} to accept any mode).  If it
270 returns zero, this instruction pattern fails to match.
271 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be
272 done on the operand, so anything which occurs in this position is
273 valid.
274
275 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
276 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
277 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
278 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
279 @code{VOIDmode}.
280
281 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
282 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
283 If the constraint would be an empty string, it can be omitted.
284
285 People are often unclear on the difference between the constraint and the
286 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
287 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
288 controls various decisions in the case of an insn which does match.
289
290 @findex match_scratch
291 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
292 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
293 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
294 expression.
295
296 When matching patterns, this is equivalent to
297
298 @smallexample
299 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
300 @end smallexample
301
302 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
303 expression.
304
305 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
306 expressions whose operands are either a hard register or
307 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
308 necessary.  @xref{Side Effects}.
309
310 @findex match_dup
311 @item (match_dup @var{n})
312 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
313 It is used when the operand needs to appear more than once in the
314 insn.
315
316 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
317 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
318 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
319 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
320 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
321 identical-looking expression.
322
323 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
324 a particular register is being used for two operands (example:
325 @code{add} that adds one register to another; the second register is
326 both an input operand and the output operand).  Use a matching
327 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
328 operand is used in two places in the template, such as an instruction
329 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
330 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
331 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
332
333 @findex match_operator
334 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
335 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
336 code.
337
338 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
339 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
340 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
341
342 When matching an expression, it matches an expression if the function
343 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
344 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
345
346 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
347 follows, to match any expression whose operator is one of the
348 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
349
350 @smallexample
351 int
352 commutative_integer_operator (x, mode)
353      rtx x;
354      enum machine_mode mode;
355 @{
356   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
357   if (GET_MODE (x) != mode)
358     return 0;
359   return (GET_RTX_CLASS (code) == RTX_COMM_ARITH
360           || code == EQ || code == NE);
361 @}
362 @end smallexample
363
364 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
365 of a commutative operator applied to two general operands:
366
367 @smallexample
368 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
369   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
370    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
371 @end smallexample
372
373 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
374 because the expressions to be matched all contain two operands.
375
376 When this pattern does match, the two operands of the commutative
377 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
378 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
379 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
380 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
381
382 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
383 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
384 predicate function, and that function is solely responsible for
385 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
386
387 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
388 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
389 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
390 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
391 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
392 only its expression code matters.
393
394 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
395 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
396 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
397 register allocation because the register allocator often looks at
398 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
399
400 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
401 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
402 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
403 However, if parts of its @var{operands} are matched by
404 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
405 their own.
406
407 @findex match_op_dup
408 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
409 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
410 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
411 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
412 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
413 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
414 recognition template, and it matches only an identical-looking
415 expression.
416
417 @findex match_parallel
418 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
419 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
420 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
421 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
422
423 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
424 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
425 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
426 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
427 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
428 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
429 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
430 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
431 those listed in the @code{match_parallel}.
432
433 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
434 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
435 in a @code{parallel}.  For example,
436
437 @smallexample
438 (define_insn ""
439   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
440      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
441            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
442       (use (reg:SI 179))
443       (clobber (reg:SI 179))])]
444   ""
445   "loadm 0,0,%1,%2")
446 @end smallexample
447
448 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
449 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
450 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
451 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
452 registers and memory locations.
453
454 An insn that matches this pattern might look like:
455
456 @smallexample
457 (parallel
458  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
459   (use (reg:SI 179))
460   (clobber (reg:SI 179))
461   (set (reg:SI 21)
462        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
463                         (const_int 4))))
464   (set (reg:SI 22)
465        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
466                         (const_int 8))))])
467 @end smallexample
468
469 @findex match_par_dup
470 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
471 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
472 @code{match_operator}.
473
474 @end table
475
476 @node Output Template
477 @section Output Templates and Operand Substitution
478 @cindex output templates
479 @cindex operand substitution
480
481 @cindex @samp{%} in template
482 @cindex percent sign
483 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
484 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
485 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
486 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
487 identify places where different variants of the assembler require
488 different syntax.
489
490 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
491 operand @var{n} at that point in the string.
492
493 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
494 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
495 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
496 additional letters with nonstandard meanings.
497
498 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
499 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
500 operand.
501
502 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
503 the constant is negated before printing.
504
505 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
506 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
507 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
508 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
509 as if it were a memory reference.
510
511 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
512 instruction.
513
514 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
515 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
516 referred to more than once in a single template that generates multiple
517 assembler instructions.
518
519 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
520 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
521 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
522 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
523 which punctuation characters are valid with the
524 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
525
526 @cindex \
527 @cindex backslash
528 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
529 for the instructions, with @samp{\;} between them.
530
531 @cindex matching operands
532 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
533 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
534 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
535 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
536 operand.
537
538 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
539 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
540 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
541 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
542 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
543 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
544 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
545 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
546 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
547 it to do nothing.
548
549 @cindex @code{#} in template
550 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
551 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
552 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
553 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
554 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
555 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
556 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
557 instructions.
558
559 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
560 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
561 describe multiple variants of assembler language syntax.
562 @xref{Instruction Output}.
563
564 @node Output Statement
565 @section C Statements for Assembler Output
566 @cindex output statements
567 @cindex C statements for assembler output
568 @cindex generating assembler output
569
570 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
571 assembler code for all the cases that are recognized by a single
572 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
573 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
574 machine instructions.
575
576 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
577 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
578 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
579 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
580 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
581 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
582 might write this pattern:
583
584 @smallexample
585 (define_insn "addsi3"
586   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
587         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
588                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
589   ""
590   "@@
591    addr %2,%0
592    addm %2,%0")
593 @end smallexample
594
595 @cindex @code{*} in template
596 @cindex asterisk in template
597 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
598 output template but rather a piece of C program that should compute a
599 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
600 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
601 require doublequote characters to delimit them.  To include these
602 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
603
604 If the output control string is written as a brace block instead of a
605 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
606 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
607 doublequotes surrounding C string literals.
608
609 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
610 is @code{rtx []}.
611
612 It is very common to select different ways of generating assembler code
613 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
614 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
615 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
616 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
617 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
618 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
619 values of those bits.
620
621 @findex output_asm_insn
622 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
623 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
624 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
625 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
626 that you declare locally and initialize yourself.
627
628 @findex which_alternative
629 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
630 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
631 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
632 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
633 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
634 etc.).
635
636 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
637 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
638 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
639
640 @smallexample
641 (define_insn ""
642   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
643         (const_int 0))]
644   ""
645   @{
646   return (which_alternative == 0
647           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
648   @})
649 @end smallexample
650
651 The example above, where the assembler code to generate was
652 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
653 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
654
655 @smallexample
656 @group
657 (define_insn ""
658   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
659         (const_int 0))]
660   ""
661   "@@
662    clrreg %0
663    clrmem %0")
664 @end group
665 @end smallexample
666
667 @node Predicates
668 @section Predicates
669 @cindex predicates
670 @cindex operand predicates
671 @cindex operator predicates
672
673 A predicate determines whether a @code{match_operand} or
674 @code{match_operator} expression matches, and therefore whether the
675 surrounding instruction pattern will be used for that combination of
676 operands.  GCC has a number of machine-independent predicates, and you
677 can define machine-specific predicates as needed.  By convention,
678 predicates used with @code{match_operand} have names that end in
679 @samp{_operand}, and those used with @code{match_operator} have names
680 that end in @samp{_operator}.
681
682 All predicates are Boolean functions (in the mathematical sense) of
683 two arguments: the RTL expression that is being considered at that
684 position in the instruction pattern, and the machine mode that the
685 @code{match_operand} or @code{match_operator} specifies.  In this
686 section, the first argument is called @var{op} and the second argument
687 @var{mode}.  Predicates can be called from C as ordinary two-argument
688 functions; this can be useful in output templates or other
689 machine-specific code.
690
691 Operand predicates can allow operands that are not actually acceptable
692 to the hardware, as long as the constraints give reload the ability to
693 fix them up (@pxref{Constraints}).  However, GCC will usually generate
694 better code if the predicates specify the requirements of the machine
695 instructions as closely as possible.  Reload cannot fix up operands
696 that must be constants (``immediate operands''); you must use a
697 predicate that allows only constants, or else enforce the requirement
698 in the extra condition.
699
700 @cindex predicates and machine modes
701 @cindex normal predicates
702 @cindex special predicates
703 Most predicates handle their @var{mode} argument in a uniform manner.
704 If @var{mode} is @code{VOIDmode} (unspecified), then @var{op} can have
705 any mode.  If @var{mode} is anything else, then @var{op} must have the
706 same mode, unless @var{op} is a @code{CONST_INT} or integer
707 @code{CONST_DOUBLE}.  These RTL expressions always have
708 @code{VOIDmode}, so it would be counterproductive to check that their
709 mode matches.  Instead, predicates that accept @code{CONST_INT} and/or
710 integer @code{CONST_DOUBLE} check that the value stored in the
711 constant will fit in the requested mode.
712
713 Predicates with this behavior are called @dfn{normal}.
714 @command{genrecog} can optimize the instruction recognizer based on
715 knowledge of how normal predicates treat modes.  It can also diagnose
716 certain kinds of common errors in the use of normal predicates; for
717 instance, it is almost always an error to use a normal predicate
718 without specifying a mode.
719
720 Predicates that do something different with their @var{mode} argument
721 are called @dfn{special}.  The generic predicates
722 @code{address_operand} and @code{pmode_register_operand} are special
723 predicates.  @command{genrecog} does not do any optimizations or
724 diagnosis when special predicates are used.
725
726 @menu
727 * Machine-Independent Predicates::  Predicates available to all back ends.
728 * Defining Predicates::             How to write machine-specific predicate
729                                     functions.
730 @end menu
731
732 @node Machine-Independent Predicates
733 @subsection Machine-Independent Predicates
734 @cindex machine-independent predicates
735 @cindex generic predicates
736
737 These are the generic predicates available to all back ends.  They are
738 defined in @file{recog.c}.  The first category of predicates allow
739 only constant, or @dfn{immediate}, operands.
740
741 @defun immediate_operand
742 This predicate allows any sort of constant that fits in @var{mode}.
743 It is an appropriate choice for instructions that take operands that
744 must be constant.
745 @end defun
746
747 @defun const_int_operand
748 This predicate allows any @code{CONST_INT} expression that fits in
749 @var{mode}.  It is an appropriate choice for an immediate operand that
750 does not allow a symbol or label.
751 @end defun
752
753 @defun const_double_operand
754 This predicate accepts any @code{CONST_DOUBLE} expression that has
755 exactly @var{mode}.  If @var{mode} is @code{VOIDmode}, it will also
756 accept @code{CONST_INT}.  It is intended for immediate floating point
757 constants.
758 @end defun
759
760 @noindent
761 The second category of predicates allow only some kind of machine
762 register.
763
764 @defun register_operand
765 This predicate allows any @code{REG} or @code{SUBREG} expression that
766 is valid for @var{mode}.  It is often suitable for arithmetic
767 instruction operands on a RISC machine.
768 @end defun
769
770 @defun pmode_register_operand
771 This is a slight variant on @code{register_operand} which works around
772 a limitation in the machine-description reader.
773
774 @smallexample
775 (match_operand @var{n} "pmode_register_operand" @var{constraint})
776 @end smallexample
777
778 @noindent
779 means exactly what
780
781 @smallexample
782 (match_operand:P @var{n} "register_operand" @var{constraint})
783 @end smallexample
784
785 @noindent
786 would mean, if the machine-description reader accepted @samp{:P}
787 mode suffixes.  Unfortunately, it cannot, because @code{Pmode} is an
788 alias for some other mode, and might vary with machine-specific
789 options.  @xref{Misc}.
790 @end defun
791
792 @defun scratch_operand
793 This predicate allows hard registers and @code{SCRATCH} expressions,
794 but not pseudo-registers.  It is used internally by @code{match_scratch};
795 it should not be used directly.
796 @end defun
797
798 @noindent
799 The third category of predicates allow only some kind of memory reference.
800
801 @defun memory_operand
802 This predicate allows any valid reference to a quantity of mode
803 @var{mode} in memory, as determined by the weak form of
804 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS} (@pxref{Addressing Modes}).
805 @end defun
806
807 @defun address_operand
808 This predicate is a little unusual; it allows any operand that is a
809 valid expression for the @emph{address} of a quantity of mode
810 @var{mode}, again determined by the weak form of
811 @code{GO_IF_LEGITIMATE_ADDRESS}.  To first order, if
812 @samp{@w{(mem:@var{mode} (@var{exp}))}} is acceptable to
813 @code{memory_operand}, then @var{exp} is acceptable to
814 @code{address_operand}.  Note that @var{exp} does not necessarily have
815 the mode @var{mode}.
816 @end defun
817
818 @defun indirect_operand
819 This is a stricter form of @code{memory_operand} which allows only
820 memory references with a @code{general_operand} as the address
821 expression.  New uses of this predicate are discouraged, because
822 @code{general_operand} is very permissive, so it's hard to tell what
823 an @code{indirect_operand} does or does not allow.  If a target has
824 different requirements for memory operands for different instructions,
825 it is better to define target-specific predicates which enforce the
826 hardware's requirements explicitly.
827 @end defun
828
829 @defun push_operand
830 This predicate allows a memory reference suitable for pushing a value
831 onto the stack.  This will be a @code{MEM} which refers to
832 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address expression
833 (@pxref{Incdec}); which one is determined by the
834 @code{STACK_PUSH_CODE} macro (@pxref{Frame Layout}).
835 @end defun
836
837 @defun pop_operand
838 This predicate allows a memory reference suitable for popping a value
839 off the stack.  Again, this will be a @code{MEM} referring to
840 @code{stack_pointer_rtx}, with a side-effect in its address
841 expression.  However, this time @code{STACK_POP_CODE} is expected.
842 @end defun
843
844 @noindent
845 The fourth category of predicates allow some combination of the above
846 operands.
847
848 @defun nonmemory_operand
849 This predicate allows any immediate or register operand valid for @var{mode}.
850 @end defun
851
852 @defun nonimmediate_operand
853 This predicate allows any register or memory operand valid for @var{mode}.
854 @end defun
855
856 @defun general_operand
857 This predicate allows any immediate, register, or memory operand
858 valid for @var{mode}.
859 @end defun
860
861 @noindent
862 Finally, there is one generic operator predicate.
863
864 @defun comparison_operator
865 This predicate matches any expression which performs an arithmetic
866 comparison in @var{mode}; that is, @code{COMPARISON_P} is true for the
867 expression code.
868 @end defun
869
870 @node Defining Predicates
871 @subsection Defining Machine-Specific Predicates
872 @cindex defining predicates
873 @findex define_predicate
874 @findex define_special_predicate
875
876 Many machines have requirements for their operands that cannot be
877 expressed precisely using the generic predicates.  You can define
878 additional predicates using @code{define_predicate} and
879 @code{define_special_predicate} expressions.  These expressions have
880 three operands:
881
882 @itemize @bullet
883 @item
884 The name of the predicate, as it will be referred to in
885 @code{match_operand} or @code{match_operator} expressions.
886
887 @item
888 An RTL expression which evaluates to true if the predicate allows the
889 operand @var{op}, false if it does not.  This expression can only use
890 the following RTL codes:
891
892 @table @code
893 @item MATCH_OPERAND
894 When written inside a predicate expression, a @code{MATCH_OPERAND}
895 expression evaluates to true if the predicate it names would allow
896 @var{op}.  The operand number and constraint are ignored.  Due to
897 limitations in @command{genrecog}, you can only refer to generic
898 predicates and predicates that have already been defined.
899
900 @item MATCH_CODE
901 This expression evaluates to true if @var{op} or a specified
902 subexpression of @var{op} has one of a given list of RTX codes.
903
904 The first operand of this expression is a string constant containing a
905 comma-separated list of RTX code names (in lower case).  These are the
906 codes for which the @code{MATCH_CODE} will be true.
907
908 The second operand is a string constant which indicates what
909 subexpression of @var{op} to examine.  If it is absent or the empty
910 string, @var{op} itself is examined.  Otherwise, the string constant
911 must be a sequence of digits and/or lowercase letters.  Each character
912 indicates a subexpression to extract from the current expression; for
913 the first character this is @var{op}, for the second and subsequent
914 characters it is the result of the previous character.  A digit
915 @var{n} extracts @samp{@w{XEXP (@var{e}, @var{n})}}; a letter @var{l}
916 extracts @samp{@w{XVECEXP (@var{e}, 0, @var{n})}} where @var{n} is the
917 alphabetic ordinal of @var{l} (0 for `a', 1 for 'b', and so on).  The
918 @code{MATCH_CODE} then examines the RTX code of the subexpression
919 extracted by the complete string.  It is not possible to extract
920 components of an @code{rtvec} that is not at position 0 within its RTX
921 object.
922
923 @item MATCH_TEST
924 This expression has one operand, a string constant containing a C
925 expression.  The predicate's arguments, @var{op} and @var{mode}, are
926 available with those names in the C expression.  The @code{MATCH_TEST}
927 evaluates to true if the C expression evaluates to a nonzero value.
928 @code{MATCH_TEST} expressions must not have side effects.
929
930 @item  AND
931 @itemx IOR
932 @itemx NOT
933 @itemx IF_THEN_ELSE
934 The basic @samp{MATCH_} expressions can be combined using these
935 logical operators, which have the semantics of the C operators
936 @samp{&&}, @samp{||}, @samp{!}, and @samp{@w{? :}} respectively.  As
937 in Common Lisp, you may give an @code{AND} or @code{IOR} expression an
938 arbitrary number of arguments; this has exactly the same effect as
939 writing a chain of two-argument @code{AND} or @code{IOR} expressions.
940 @end table
941
942 @item
943 An optional block of C code, which should execute
944 @samp{@w{return true}} if the predicate is found to match and
945 @samp{@w{return false}} if it does not.  It must not have any side
946 effects.  The predicate arguments, @var{op} and @var{mode}, are
947 available with those names.
948
949 If a code block is present in a predicate definition, then the RTL
950 expression must evaluate to true @emph{and} the code block must
951 execute @samp{@w{return true}} for the predicate to allow the operand.
952 The RTL expression is evaluated first; do not re-check anything in the
953 code block that was checked in the RTL expression.
954 @end itemize
955
956 The program @command{genrecog} scans @code{define_predicate} and
957 @code{define_special_predicate} expressions to determine which RTX
958 codes are possibly allowed.  You should always make this explicit in
959 the RTL predicate expression, using @code{MATCH_OPERAND} and
960 @code{MATCH_CODE}.
961
962 Here is an example of a simple predicate definition, from the IA64
963 machine description:
964
965 @smallexample
966 @group
967 ;; @r{True if @var{op} is a @code{SYMBOL_REF} which refers to the sdata section.}
968 (define_predicate "small_addr_symbolic_operand"
969   (and (match_code "symbol_ref")
970        (match_test "SYMBOL_REF_SMALL_ADDR_P (op)")))
971 @end group
972 @end smallexample
973
974 @noindent
975 And here is another, showing the use of the C block.
976
977 @smallexample
978 @group
979 ;; @r{True if @var{op} is a register operand that is (or could be) a GR reg.}
980 (define_predicate "gr_register_operand"
981   (match_operand 0 "register_operand")
982 @{
983   unsigned int regno;
984   if (GET_CODE (op) == SUBREG)
985     op = SUBREG_REG (op);
986
987   regno = REGNO (op);
988   return (regno >= FIRST_PSEUDO_REGISTER || GENERAL_REGNO_P (regno));
989 @})
990 @end group
991 @end smallexample
992
993 Predicates written with @code{define_predicate} automatically include
994 a test that @var{mode} is @code{VOIDmode}, or @var{op} has the same
995 mode as @var{mode}, or @var{op} is a @code{CONST_INT} or
996 @code{CONST_DOUBLE}.  They do @emph{not} check specifically for
997 integer @code{CONST_DOUBLE}, nor do they test that the value of either
998 kind of constant fits in the requested mode.  This is because
999 target-specific predicates that take constants usually have to do more
1000 stringent value checks anyway.  If you need the exact same treatment
1001 of @code{CONST_INT} or @code{CONST_DOUBLE} that the generic predicates
1002 provide, use a @code{MATCH_OPERAND} subexpression to call
1003 @code{const_int_operand}, @code{const_double_operand}, or
1004 @code{immediate_operand}.
1005
1006 Predicates written with @code{define_special_predicate} do not get any
1007 automatic mode checks, and are treated as having special mode handling
1008 by @command{genrecog}.
1009
1010 The program @command{genpreds} is responsible for generating code to
1011 test predicates.  It also writes a header file containing function
1012 declarations for all machine-specific predicates.  It is not necessary
1013 to declare these predicates in @file{@var{cpu}-protos.h}.
1014 @end ifset
1015
1016 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
1017 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
1018 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
1019 @ifset INTERNALS
1020 @node Constraints
1021 @section Operand Constraints
1022 @cindex operand constraints
1023 @cindex constraints
1024
1025 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify
1026 constraints for the operands allowed.  The constraints allow you to
1027 fine-tune matching within the set of operands allowed by the
1028 predicate.
1029
1030 @end ifset
1031 @ifclear INTERNALS
1032 @node Constraints
1033 @section Constraints for @code{asm} Operands
1034 @cindex operand constraints, @code{asm}
1035 @cindex constraints, @code{asm}
1036 @cindex @code{asm} constraints
1037
1038 Here are specific details on what constraint letters you can use with
1039 @code{asm} operands.
1040 @end ifclear
1041 Constraints can say whether
1042 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
1043 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
1044 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
1045 have.  Constraints can also require two operands to match.
1046
1047 @ifset INTERNALS
1048 @menu
1049 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1050 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1051 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
1052 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1053 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
1054 * Define Constraints::  How to define machine-specific constraints.
1055 * C Constraint Interface:: How to test constraints from C code.
1056 @end menu
1057 @end ifset
1058
1059 @ifclear INTERNALS
1060 @menu
1061 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
1062 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
1063 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
1064 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
1065 @end menu
1066 @end ifclear
1067
1068 @node Simple Constraints
1069 @subsection Simple Constraints
1070 @cindex simple constraints
1071
1072 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
1073 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
1074 the letters that are allowed:
1075
1076 @table @asis
1077 @item whitespace
1078 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
1079 except the first.  This enables each alternative for different operands to
1080 be visually aligned in the machine description even if they have different
1081 number of constraints and modifiers.
1082
1083 @cindex @samp{m} in constraint
1084 @cindex memory references in constraints
1085 @item @samp{m}
1086 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
1087 supports in general.
1088
1089 @cindex offsettable address
1090 @cindex @samp{o} in constraint
1091 @item @samp{o}
1092 A memory operand is allowed, but only if the address is
1093 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
1094 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
1095 may be added to the address and the result is also a valid memory
1096 address.
1097
1098 @cindex autoincrement/decrement addressing
1099 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
1100 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
1101 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
1102 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
1103 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
1104 addresses may or may not be offsettable depending on the other
1105 addressing modes that the machine supports.
1106
1107 Note that in an output operand which can be matched by another
1108 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
1109 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
1110 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
1111
1112 @cindex @samp{V} in constraint
1113 @item @samp{V}
1114 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
1115 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
1116
1117 @cindex @samp{<} in constraint
1118 @item @samp{<}
1119 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
1120 postdecrement) is allowed.
1121
1122 @cindex @samp{>} in constraint
1123 @item @samp{>}
1124 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
1125 postincrement) is allowed.
1126
1127 @cindex @samp{r} in constraint
1128 @cindex registers in constraints
1129 @item @samp{r}
1130 A register operand is allowed provided that it is in a general
1131 register.
1132
1133 @cindex constants in constraints
1134 @cindex @samp{i} in constraint
1135 @item @samp{i}
1136 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
1137 This includes symbolic constants whose values will be known only at
1138 assembly time or later.
1139
1140 @cindex @samp{n} in constraint
1141 @item @samp{n}
1142 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
1143 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
1144 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
1145 rather than @samp{i}.
1146
1147 @cindex @samp{I} in constraint
1148 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
1149 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
1150 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
1151 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
1152 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
1153 This is the range permitted as a shift count in the shift
1154 instructions.
1155
1156 @cindex @samp{E} in constraint
1157 @item @samp{E}
1158 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
1159 allowed, but only if the target floating point format is the same as
1160 that of the host machine (on which the compiler is running).
1161
1162 @cindex @samp{F} in constraint
1163 @item @samp{F}
1164 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
1165 @code{const_vector}) is allowed.
1166
1167 @cindex @samp{G} in constraint
1168 @cindex @samp{H} in constraint
1169 @item @samp{G}, @samp{H}
1170 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
1171 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
1172
1173 @cindex @samp{s} in constraint
1174 @item @samp{s}
1175 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
1176 allowed.
1177
1178 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
1179 value not known at compile time, it certainly must allow any known
1180 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
1181 better code to be generated.
1182
1183 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
1184 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
1185 and 127, better code results from loading the value into a register and
1186 using the register.  This is because the load into the register can be
1187 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
1188 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
1189 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
1190 constraints.
1191
1192 @cindex @samp{g} in constraint
1193 @item @samp{g}
1194 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
1195 registers that are not general registers.
1196
1197 @cindex @samp{X} in constraint
1198 @item @samp{X}
1199 @ifset INTERNALS
1200 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
1201 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
1202 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
1203 require a scratch register.
1204 @end ifset
1205 @ifclear INTERNALS
1206 Any operand whatsoever is allowed.
1207 @end ifclear
1208
1209 @cindex @samp{0} in constraint
1210 @cindex digits in constraint
1211 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
1212 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
1213 digit is used together with letters within the same alternative, the
1214 digit should come last.
1215
1216 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
1217 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
1218 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
1219 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
1220 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
1221 can use multiple alternatives instead.
1222
1223 @cindex matching constraint
1224 @cindex constraint, matching
1225 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
1226 that the assembler has only a single operand that fills two roles
1227 @ifset INTERNALS
1228 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
1229 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
1230 @end ifset
1231 @ifclear INTERNALS
1232 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
1233 two input operands and an output operand, but on most CISC
1234 @end ifclear
1235 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
1236 input-output operand:
1237
1238 @smallexample
1239 addl #35,r12
1240 @end smallexample
1241
1242 Matching constraints are used in these circumstances.
1243 More precisely, the two operands that match must include one input-only
1244 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
1245 smaller number than the number of the operand that uses it in the
1246 constraint.
1247
1248 @ifset INTERNALS
1249 For operands to match in a particular case usually means that they
1250 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
1251 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
1252 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
1253 For proper results in such cases, the output template should always
1254 use the output-operand's number when printing the operand.
1255 @end ifset
1256
1257 @cindex load address instruction
1258 @cindex push address instruction
1259 @cindex address constraints
1260 @cindex @samp{p} in constraint
1261 @item @samp{p}
1262 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
1263 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
1264
1265 @findex address_operand
1266 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
1267 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
1268 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
1269 reference for which the address would be valid.
1270
1271 @cindex other register constraints
1272 @cindex extensible constraints
1273 @item @var{other-letters}
1274 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
1275 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
1276 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
1277 for data, address and floating point registers.
1278 @end table
1279
1280 @ifset INTERNALS
1281 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
1282 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
1283 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
1284 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
1285 done by copying an operand into a register.
1286
1287 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
1288
1289 @smallexample
1290 (define_insn ""
1291   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1292         (plus:SI (match_dup 0)
1293                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
1294   ""
1295   "@dots{}")
1296 @end smallexample
1297
1298 @noindent
1299 which has two operands, one of which must appear in two places, and
1300
1301 @smallexample
1302 (define_insn ""
1303   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
1304         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
1305                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
1306   ""
1307   "@dots{}")
1308 @end smallexample
1309
1310 @noindent
1311 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1312 identical.  If we are considering an insn of the form
1313
1314 @smallexample
1315 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1316   (set (reg:SI 3)
1317        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1318   @dots{})
1319 @end smallexample
1320
1321 @noindent
1322 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1323 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1324 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns''.
1325 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1326 is something wrong with it''.  It would direct the reload pass of the
1327 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1328 results might look like this:
1329
1330 @smallexample
1331 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1332   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1333   @dots{})
1334
1335 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1336   (set (reg:SI 3)
1337        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1338   @dots{})
1339 @end smallexample
1340
1341 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1342 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1343 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1344 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1345 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1346 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1347 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1348 reloading any possible operand so that it will fit.
1349
1350 @itemize @bullet
1351 @item
1352 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1353 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1354
1355 For example, an operand whose constraints permit everything except
1356 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1357
1358 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1359 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1360 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1361 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1362 more selective.
1363
1364 @item
1365 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1366 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1367 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1368 compiler knows how to copy a register into another register of the
1369 proper class in order to make an instruction valid.
1370
1371 @cindex nonoffsettable memory reference
1372 @cindex memory reference, nonoffsettable
1373 @item
1374 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1375 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1376 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1377
1378 @item
1379 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1380 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1381 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1382 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1383
1384 @item
1385 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1386 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1387 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1388 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1389 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1390 objects allowed by the constraint.
1391 @end itemize
1392
1393 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1394 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1395 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1396 how to copy a register temporarily into memory.
1397
1398 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1399 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1400 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1401 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1402 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1403 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1404 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1405 @code{sign_extend}.
1406 @end ifset
1407
1408 @node Multi-Alternative
1409 @subsection Multiple Alternative Constraints
1410 @cindex multiple alternative constraints
1411
1412 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1413 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1414 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1415 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1416 another.
1417
1418 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1419 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1420 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1421 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1422 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1423 @ifset INTERNALS
1424 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1425
1426 @smallexample
1427 (define_insn "iorsi3"
1428   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1429         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1430                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1431   @dots{})
1432 @end smallexample
1433
1434 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1435 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1436 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1437 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1438 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1439 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1440 @end ifset
1441
1442 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1443 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1444 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1445 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1446 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1447 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1448 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1449
1450 @table @code
1451 @cindex @samp{?} in constraint
1452 @cindex question mark
1453 @item ?
1454 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1455 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1456 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1457 in it.
1458
1459 @cindex @samp{!} in constraint
1460 @cindex exclamation point
1461 @item !
1462 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1463 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1464 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1465 @end table
1466
1467 @ifset INTERNALS
1468 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1469 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1470 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1471 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1472 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1473 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1474 @end ifset
1475
1476 @ifset INTERNALS
1477 @node Class Preferences
1478 @subsection Register Class Preferences
1479 @cindex class preference constraints
1480 @cindex register class preference constraints
1481
1482 @cindex voting between constraint alternatives
1483 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1484 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1485 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1486 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1487 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1488 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1489 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1490 favor of a general register.  The machine description says which registers
1491 are considered general.
1492
1493 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1494 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1495 @end ifset
1496
1497 @node Modifiers
1498 @subsection Constraint Modifier Characters
1499 @cindex modifiers in constraints
1500 @cindex constraint modifier characters
1501
1502 @c prevent bad page break with this line
1503 Here are constraint modifier characters.
1504
1505 @table @samp
1506 @cindex @samp{=} in constraint
1507 @item =
1508 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1509 value is discarded and replaced by output data.
1510
1511 @cindex @samp{+} in constraint
1512 @item +
1513 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1514
1515 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1516 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1517 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1518 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1519 are assumed to be input only.
1520
1521 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1522 first character of the constraint string.
1523
1524 @cindex @samp{&} in constraint
1525 @cindex earlyclobber operand
1526 @item &
1527 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1528 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1529 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1530 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1531 address.
1532
1533 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1534 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1535 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1536 @samp{movdf} insn of the 68000.
1537
1538 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1539 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1540 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1541 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1542 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1543
1544 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1545
1546 @cindex @samp{%} in constraint
1547 @item %
1548 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1549 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1550 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1551 constraints.
1552 @ifset INTERNALS
1553 This is often used in patterns for addition instructions
1554 that really have only two operands: the result must go in one of the
1555 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1556 instruction is defined:
1557
1558 @smallexample
1559 (define_insn "addhi3"
1560   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1561      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1562               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1563   @dots{})
1564 @end smallexample
1565 @end ifset
1566 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more,
1567 the compiler may fail.  Note that you need not use the modifier if
1568 the two alternatives are strictly identical; this would only waste
1569 time in the reload pass.  The modifier is not operational after
1570 register allocation, so the result of @code{define_peephole2}
1571 and @code{define_split}s performed after reload cannot rely on
1572 @samp{%} to make the intended insn match.
1573
1574 @cindex @samp{#} in constraint
1575 @item #
1576 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1577 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1578 register preferences.
1579
1580 @cindex @samp{*} in constraint
1581 @item *
1582 Says that the following character should be ignored when choosing
1583 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1584 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1585
1586 @ifset INTERNALS
1587 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1588 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1589 copying it into an address register.  While either kind of register is
1590 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1591 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1592 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1593 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1594 register preferences.
1595
1596 @smallexample
1597 (define_insn "extendhisi2"
1598   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1599         (sign_extend:SI
1600          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1601   @dots{})
1602 @end smallexample
1603 @end ifset
1604 @end table
1605
1606 @node Machine Constraints
1607 @subsection Constraints for Particular Machines
1608 @cindex machine specific constraints
1609 @cindex constraints, machine specific
1610
1611 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1612 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1613 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1614 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1615 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1616 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1617 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1618 immediate-constant format.
1619
1620 Each architecture defines additional constraints.  These constraints
1621 are used by the compiler itself for instruction generation, as well as
1622 for @code{asm} statements; therefore, some of the constraints are not
1623 particularly useful for @code{asm}.  Here is a summary of some of the
1624 machine-dependent constraints available on some particular machines;
1625 it includes both constraints that are useful for @code{asm} and
1626 constraints that aren't.  The compiler source file mentioned in the
1627 table heading for each architecture is the definitive reference for
1628 the meanings of that architecture's constraints.
1629  
1630 @table @emph
1631 @item ARM family---@file{config/arm/arm.h}
1632 @table @code
1633 @item f
1634 Floating-point register
1635
1636 @item w
1637 VFP floating-point register
1638
1639 @item F
1640 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1641 or 10.0
1642
1643 @item G
1644 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1645 were negated
1646
1647 @item I
1648 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1649 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1650 multiple of 2
1651
1652 @item J
1653 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1654
1655 @item K
1656 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1657
1658 @item L
1659 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1660
1661 @item M
1662 Integer in the range 0 to 32
1663
1664 @item Q
1665 A memory reference where the exact address is in a single register
1666 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1667
1668 @item R
1669 An item in the constant pool
1670
1671 @item S
1672 A symbol in the text segment of the current file
1673
1674 @item Uv
1675 A memory reference suitable for VFP load/store insns (reg+constant offset)
1676
1677 @item Uy
1678 A memory reference suitable for iWMMXt load/store instructions.
1679
1680 @item Uq
1681 A memory reference suitable for the ARMv4 ldrsb instruction.
1682 @end table
1683
1684 @item AVR family---@file{config/avr/constraints.md}
1685 @table @code
1686 @item l
1687 Registers from r0 to r15
1688
1689 @item a
1690 Registers from r16 to r23
1691
1692 @item d
1693 Registers from r16 to r31
1694
1695 @item w
1696 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1697
1698 @item e
1699 Pointer register (r26--r31)
1700
1701 @item b
1702 Base pointer register (r28--r31)
1703
1704 @item q
1705 Stack pointer register (SPH:SPL)
1706
1707 @item t
1708 Temporary register r0
1709
1710 @item x
1711 Register pair X (r27:r26)
1712
1713 @item y
1714 Register pair Y (r29:r28)
1715
1716 @item z
1717 Register pair Z (r31:r30)
1718
1719 @item I
1720 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1721
1722 @item J
1723 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1724
1725 @item K
1726 Constant integer 2
1727
1728 @item L
1729 Constant integer 0
1730
1731 @item M
1732 Constant that fits in 8 bits
1733
1734 @item N
1735 Constant integer @minus{}1
1736
1737 @item O
1738 Constant integer 8, 16, or 24
1739
1740 @item P
1741 Constant integer 1
1742
1743 @item G
1744 A floating point constant 0.0
1745 @end table
1746
1747 @item CRX Architecture---@file{config/crx/crx.h}
1748 @table @code
1749
1750 @item b
1751 Registers from r0 to r14 (registers without stack pointer)
1752
1753 @item l
1754 Register r16 (64-bit accumulator lo register)
1755
1756 @item h
1757 Register r17 (64-bit accumulator hi register)
1758
1759 @item k
1760 Register pair r16-r17. (64-bit accumulator lo-hi pair)
1761
1762 @item I
1763 Constant that fits in 3 bits
1764
1765 @item J
1766 Constant that fits in 4 bits
1767
1768 @item K
1769 Constant that fits in 5 bits
1770
1771 @item L
1772 Constant that is one of -1, 4, -4, 7, 8, 12, 16, 20, 32, 48
1773
1774 @item G
1775 Floating point constant that is legal for store immediate
1776 @end table
1777
1778 @item PowerPC and IBM RS6000---@file{config/rs6000/rs6000.h}
1779 @table @code
1780 @item b
1781 Address base register
1782
1783 @item f
1784 Floating point register
1785
1786 @item v
1787 Vector register
1788
1789 @item h
1790 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1791
1792 @item q
1793 @samp{MQ} register
1794
1795 @item c
1796 @samp{CTR} register
1797
1798 @item l
1799 @samp{LINK} register
1800
1801 @item x
1802 @samp{CR} register (condition register) number 0
1803
1804 @item y
1805 @samp{CR} register (condition register)
1806
1807 @item z
1808 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1809
1810 @item I
1811 Signed 16-bit constant
1812
1813 @item J
1814 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1815 @code{SImode} constants)
1816
1817 @item K
1818 Unsigned 16-bit constant
1819
1820 @item L
1821 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1822
1823 @item M
1824 Constant larger than 31
1825
1826 @item N
1827 Exact power of 2
1828
1829 @item O
1830 Zero
1831
1832 @item P
1833 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1834
1835 @item G
1836 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1837 instruction per word
1838
1839 @item Q
1840 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1841 for @code{asm} statements)
1842
1843 @item R
1844 AIX TOC entry
1845
1846 @item S
1847 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1848
1849 @item T
1850 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1851
1852 @item U
1853 System V Release 4 small data area reference
1854 @end table
1855
1856 @item MorphoTech family---@file{config/mt/mt.h}
1857 @table @code
1858 @item I
1859 Constant for an arithmetic insn (16-bit signed integer).
1860
1861 @item J
1862 The constant 0.
1863
1864 @item K
1865 Constant for a logical insn (16-bit zero-extended integer).
1866
1867 @item L
1868 A constant that can be loaded with @code{lui} (i.e.@: the bottom 16
1869 bits are zero).
1870
1871 @item M
1872 A constant that takes two words to load (i.e.@: not matched by
1873 @code{I}, @code{K}, or @code{L}).
1874
1875 @item N
1876 Negative 16-bit constants other than -65536.
1877
1878 @item O
1879 A 15-bit signed integer constant.
1880
1881 @item P
1882 A positive 16-bit constant.
1883 @end table
1884
1885 @item Intel 386---@file{config/i386/constraints.md}
1886 @table @code
1887 @item R
1888 Legacy register---the eight integer registers available on all
1889 i386 processors (@code{a}, @code{b}, @code{c}, @code{d},
1890 @code{si}, @code{di}, @code{bp}, @code{sp}).
1891
1892 @item q
1893 Any register accessible as @code{@var{r}l}.  In 32-bit mode, @code{a},
1894 @code{b}, @code{c}, and @code{d}; in 64-bit mode, any integer register.
1895
1896 @item Q
1897 Any register accessible as @code{@var{r}h}: @code{a}, @code{b},
1898 @code{c}, and @code{d}.
1899
1900 @ifset INTERNALS
1901 @item l
1902 Any register that can be used as the index in a base+index memory
1903 access: that is, any general register except the stack pointer.
1904 @end ifset
1905
1906 @item a
1907 The @code{a} register.
1908
1909 @item b
1910 The @code{b} register.
1911
1912 @item c
1913 The @code{c} register.
1914
1915 @item d
1916 The @code{d} register.
1917
1918 @item S
1919 The @code{si} register.
1920
1921 @item D
1922 The @code{di} register.
1923
1924 @item A
1925 The @code{a} and @code{d} registers, as a pair (for instructions that
1926 return half the result in one and half in the other).
1927
1928 @item f
1929 Any 80387 floating-point (stack) register.
1930
1931 @item t
1932 Top of 80387 floating-point stack (@code{%st(0)}).
1933
1934 @item u
1935 Second from top of 80387 floating-point stack (@code{%st(1)}).
1936
1937 @item y
1938 Any MMX register.
1939
1940 @item x
1941 Any SSE register.
1942
1943 @ifset INTERNALS
1944 @item Y
1945 Any SSE2 register.
1946 @end ifset
1947
1948 @item I
1949 Integer constant in the range 0 @dots{} 31, for 32-bit shifts.
1950
1951 @item J
1952 Integer constant in the range 0 @dots{} 63, for 64-bit shifts.
1953
1954 @item K
1955 Signed 8-bit integer constant.
1956
1957 @item L
1958 @code{0xFF} or @code{0xFFFF}, for andsi as a zero-extending move.
1959
1960 @item M
1961 0, 1, 2, or 3 (shifts for the @code{lea} instruction).
1962
1963 @item N
1964 Unsigned 8-bit integer constant (for @code{in} and @code{out} 
1965 instructions).
1966
1967 @ifset INTERNALS
1968 @item O
1969 Integer constant in the range 0 @dots{} 127, for 128-bit shifts.
1970 @end ifset
1971
1972 @item G
1973 Standard 80387 floating point constant.
1974
1975 @item C
1976 Standard SSE floating point constant.
1977
1978 @item e
1979 32-bit signed integer constant, or a symbolic reference known
1980 to fit that range (for immediate operands in sign-extending x86-64
1981 instructions).
1982
1983 @item Z
1984 32-bit unsigned integer constant, or a symbolic reference known
1985 to fit that range (for immediate operands in zero-extending x86-64
1986 instructions).
1987
1988 @end table
1989
1990 @item Intel IA-64---@file{config/ia64/ia64.h}
1991 @table @code
1992 @item a
1993 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1994
1995 @item b
1996 Branch register
1997
1998 @item c
1999 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
2000
2001 @item d
2002 Application register residing in M-unit
2003
2004 @item e
2005 Application register residing in I-unit
2006
2007 @item f
2008 Floating-point register
2009
2010 @item m
2011 Memory operand.
2012 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
2013 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
2014 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
2015
2016 @item G
2017 Floating-point constant 0.0 or 1.0
2018
2019 @item I
2020 14-bit signed integer constant
2021
2022 @item J
2023 22-bit signed integer constant
2024
2025 @item K
2026 8-bit signed integer constant for logical instructions
2027
2028 @item L
2029 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
2030
2031 @item M
2032 6-bit unsigned integer constant for shift counts
2033
2034 @item N
2035 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
2036
2037 @item O
2038 The constant zero
2039
2040 @item P
2041 0 or @minus{}1 for @code{dep} instruction
2042
2043 @item Q
2044 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
2045
2046 @item R
2047 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
2048
2049 @item S
2050 Memory operand except postincrement and postdecrement
2051 @end table
2052
2053 @item FRV---@file{config/frv/frv.h}
2054 @table @code
2055 @item a
2056 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2057
2058 @item b
2059 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2060
2061 @item c
2062 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
2063 @code{icc0} to @code{icc3}).
2064
2065 @item d
2066 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2067
2068 @item e
2069 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
2070 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2071 mode larger than 4 bytes.
2072
2073 @item f
2074 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2075
2076 @item h
2077 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2078 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
2079 mode larger than 4 bytes.
2080
2081 @item l
2082 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
2083
2084 @item q
2085 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
2086 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2087 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2088
2089 @item t
2090 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
2091
2092 @item u
2093 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
2094
2095 @item v
2096 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
2097
2098 @item w
2099 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
2100
2101 @item x
2102 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
2103 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
2104 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
2105
2106 @item z
2107 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
2108
2109 @item A
2110 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
2111
2112 @item B
2113 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
2114
2115 @item C
2116 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
2117
2118 @item G
2119 Floating point constant zero
2120
2121 @item I
2122 6-bit signed integer constant
2123
2124 @item J
2125 10-bit signed integer constant
2126
2127 @item L
2128 16-bit signed integer constant
2129
2130 @item M
2131 16-bit unsigned integer constant
2132
2133 @item N
2134 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
2135 range of @minus{}2048 to @minus{}1
2136
2137 @item O
2138 Constant zero
2139
2140 @item P
2141 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
2142 range of 1 to 2047.
2143
2144 @end table
2145
2146 @item Blackfin family---@file{config/bfin/bfin.h}
2147 @table @code
2148 @item a
2149 P register
2150
2151 @item d
2152 D register
2153
2154 @item z
2155 A call clobbered P register.
2156
2157 @item D
2158 Even-numbered D register
2159
2160 @item W
2161 Odd-numbered D register
2162
2163 @item e
2164 Accumulator register.
2165
2166 @item A
2167 Even-numbered accumulator register.
2168
2169 @item B
2170 Odd-numbered accumulator register.
2171
2172 @item b
2173 I register
2174
2175 @item v
2176 B register
2177
2178 @item f
2179 M register
2180
2181 @item c
2182 Registers used for circular buffering, i.e. I, B, or L registers.
2183
2184 @item C
2185 The CC register.
2186
2187 @item t
2188 LT0 or LT1.
2189
2190 @item k
2191 LC0 or LC1.
2192
2193 @item u
2194 LB0 or LB1.
2195
2196 @item x
2197 Any D, P, B, M, I or L register.
2198
2199 @item y
2200 Additional registers typically used only in prologues and epilogues: RETS,
2201 RETN, RETI, RETX, RETE, ASTAT, SEQSTAT and USP.
2202
2203 @item w
2204 Any register except accumulators or CC.
2205
2206 @item Ksh
2207 Signed 16 bit integer (in the range -32768 to 32767)
2208
2209 @item Kuh
2210 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535)
2211
2212 @item Ks7
2213 Signed 7 bit integer (in the range -64 to 63)
2214
2215 @item Ku7
2216 Unsigned 7 bit integer (in the range 0 to 127)
2217
2218 @item Ku5
2219 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31)
2220
2221 @item Ks4
2222 Signed 4 bit integer (in the range -8 to 7)
2223
2224 @item Ks3
2225 Signed 3 bit integer (in the range -3 to 4)
2226
2227 @item Ku3
2228 Unsigned 3 bit integer (in the range 0 to 7)
2229
2230 @item P@var{n}
2231 Constant @var{n}, where @var{n} is a single-digit constant in the range 0 to 4.
2232
2233 @item M1
2234 Constant 255.
2235
2236 @item M2
2237 Constant 65535.
2238
2239 @item J
2240 An integer constant with exactly a single bit set.
2241
2242 @item L
2243 An integer constant with all bits set except exactly one.
2244
2245 @item H
2246
2247 @item Q
2248 Any SYMBOL_REF.
2249 @end table
2250
2251 @item M32C---@file{config/m32c/m32c.c}
2252 @table @code
2253 @item Rsp
2254 @itemx Rfb
2255 @itemx Rsb
2256 @samp{$sp}, @samp{$fb}, @samp{$sb}.
2257
2258 @item Rcr
2259 Any control register, when they're 16 bits wide (nothing if control
2260 registers are 24 bits wide)
2261
2262 @item Rcl
2263 Any control register, when they're 24 bits wide.
2264
2265 @item R0w
2266 @itemx R1w
2267 @itemx R2w
2268 @itemx R3w
2269 $r0, $r1, $r2, $r3.
2270
2271 @item R02
2272 $r0 or $r2, or $r2r0 for 32 bit values.
2273
2274 @item R13
2275 $r1 or $r3, or $r3r1 for 32 bit values.
2276
2277 @item Rdi
2278 A register that can hold a 64 bit value.
2279
2280 @item Rhl
2281 $r0 or $r1 (registers with addressable high/low bytes)
2282
2283 @item R23
2284 $r2 or $r3
2285
2286 @item Raa
2287 Address registers
2288
2289 @item Raw
2290 Address registers when they're 16 bits wide.
2291
2292 @item Ral
2293 Address registers when they're 24 bits wide.
2294
2295 @item Rqi
2296 Registers that can hold QI values.
2297
2298 @item Rad
2299 Registers that can be used with displacements ($a0, $a1, $sb).
2300
2301 @item Rsi
2302 Registers that can hold 32 bit values.
2303
2304 @item Rhi
2305 Registers that can hold 16 bit values.
2306
2307 @item Rhc
2308 Registers chat can hold 16 bit values, including all control
2309 registers.
2310
2311 @item Rra
2312 $r0 through R1, plus $a0 and $a1.
2313
2314 @item Rfl
2315 The flags register.
2316
2317 @item Rmm
2318 The memory-based pseudo-registers $mem0 through $mem15.
2319
2320 @item Rpi
2321 Registers that can hold pointers (16 bit registers for r8c, m16c; 24
2322 bit registers for m32cm, m32c).
2323
2324 @item Rpa
2325 Matches multiple registers in a PARALLEL to form a larger register.
2326 Used to match function return values.
2327
2328 @item Is3
2329 -8 @dots{} 7
2330
2331 @item IS1
2332 -128 @dots{} 127
2333
2334 @item IS2
2335 -32768 @dots{} 32767
2336
2337 @item IU2
2338 0 @dots{} 65535
2339
2340 @item In4
2341 -8 @dots{} -1 or 1 @dots{} 8
2342
2343 @item In5
2344 -16 @dots{} -1 or 1 @dots{} 16
2345
2346 @item In6
2347 -32 @dots{} -1 or 1 @dots{} 32
2348
2349 @item IM2
2350 -65536 @dots{} -1
2351
2352 @item Ilb
2353 An 8 bit value with exactly one bit set.
2354
2355 @item Ilw
2356 A 16 bit value with exactly one bit set.
2357
2358 @item Sd
2359 The common src/dest memory addressing modes.
2360
2361 @item Sa
2362 Memory addressed using $a0 or $a1.
2363
2364 @item Si
2365 Memory addressed with immediate addresses.
2366
2367 @item Ss
2368 Memory addressed using the stack pointer ($sp).
2369
2370 @item Sf
2371 Memory addressed using the frame base register ($fb).
2372
2373 @item Ss
2374 Memory addressed using the small base register ($sb).
2375
2376 @item S1
2377 $r1h
2378 @end table
2379
2380 @item MIPS---@file{config/mips/constraints.md}
2381 @table @code
2382 @item d
2383 An address register.  This is equivalent to @code{r} unless
2384 generating MIPS16 code.
2385
2386 @item f
2387 A floating-point register (if available).
2388
2389 @item h
2390 The @code{hi} register.
2391
2392 @item l
2393 The @code{lo} register.
2394
2395 @item x
2396 The @code{hi} and @code{lo} registers.
2397
2398 @item c
2399 A register suitable for use in an indirect jump.  This will always be
2400 @code{$25} for @option{-mabicalls}.
2401
2402 @item y
2403 Equivalent to @code{r}; retained for backwards compatibility.
2404
2405 @item z
2406 A floating-point condition code register.
2407
2408 @item I
2409 A signed 16-bit constant (for arithmetic instructions).
2410
2411 @item J
2412 Integer zero.
2413
2414 @item K
2415 An unsigned 16-bit constant (for logic instructions).
2416
2417 @item L
2418 A signed 32-bit constant in which the lower 16 bits are zero.
2419 Such constants can be loaded using @code{lui}.
2420
2421 @item M
2422 A constant that cannot be loaded using @code{lui}, @code{addiu}
2423 or @code{ori}.
2424
2425 @item N
2426 A constant in the range -65535 to -1 (inclusive).
2427
2428 @item O
2429 A signed 15-bit constant.
2430
2431 @item P
2432 A constant in the range 1 to 65535 (inclusive).
2433
2434 @item G
2435 Floating-point zero.
2436
2437 @item R
2438 An address that can be used in a non-macro load or store.
2439 @end table
2440
2441 @item Motorola 680x0---@file{config/m68k/m68k.h}
2442 @table @code
2443 @item a
2444 Address register
2445
2446 @item d
2447 Data register
2448
2449 @item f
2450 68881 floating-point register, if available
2451
2452 @item I
2453 Integer in the range 1 to 8
2454
2455 @item J
2456 16-bit signed number
2457
2458 @item K
2459 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2460
2461 @item L
2462 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2463
2464 @item M
2465 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2466
2467 @item G
2468 Floating point constant that is not a 68881 constant
2469 @end table
2470
2471 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{config/m68hc11/m68hc11.h}
2472 @table @code
2473 @item a
2474 Register `a'
2475
2476 @item b
2477 Register `b'
2478
2479 @item d
2480 Register `d'
2481
2482 @item q
2483 An 8-bit register
2484
2485 @item t
2486 Temporary soft register _.tmp
2487
2488 @item u
2489 A soft register _.d1 to _.d31
2490
2491 @item w
2492 Stack pointer register
2493
2494 @item x
2495 Register `x'
2496
2497 @item y
2498 Register `y'
2499
2500 @item z
2501 Pseudo register `z' (replaced by `x' or `y' at the end)
2502
2503 @item A
2504 An address register: x, y or z
2505
2506 @item B
2507 An address register: x or y
2508
2509 @item D
2510 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2511
2512 @item L
2513 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2514
2515 @item M
2516 Constants whose 16-bit low part is zero
2517
2518 @item N
2519 Constant integer 1 or @minus{}1
2520
2521 @item O
2522 Constant integer 16
2523
2524 @item P
2525 Constants in the range @minus{}8 to 2
2526
2527 @end table
2528
2529 @need 1000
2530 @item SPARC---@file{config/sparc/sparc.h}
2531 @table @code
2532 @item f
2533 Floating-point register on the SPARC-V8 architecture and
2534 lower floating-point register on the SPARC-V9 architecture.
2535
2536 @item e
2537 Floating-point register.  It is equivalent to @samp{f} on the
2538 SPARC-V8 architecture and contains both lower and upper
2539 floating-point registers on the SPARC-V9 architecture.
2540
2541 @item c
2542 Floating-point condition code register.
2543
2544 @item d
2545 Lower floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9
2546 architecture when the Visual Instruction Set is available.
2547
2548 @item b
2549 Floating-point register.  It is only valid on the SPARC-V9 architecture
2550 when the Visual Instruction Set is available.
2551
2552 @item h
2553 64-bit global or out register for the SPARC-V8+ architecture.
2554
2555 @item I
2556 Signed 13-bit constant
2557
2558 @item J
2559 Zero
2560
2561 @item K
2562 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2563 loaded with the @code{sethi} instruction)
2564
2565 @item L
2566 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2567
2568 @item M
2569 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2570
2571 @item N
2572 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2573 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2574 modes wider than @code{SImode}
2575
2576 @item O
2577 The constant 4096
2578
2579 @item G
2580 Floating-point zero
2581
2582 @item H
2583 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2584
2585 @item Q
2586 Floating-point constant whose integral representation can
2587 be moved into an integer register using a single sethi
2588 instruction
2589
2590 @item R
2591 Floating-point constant whose integral representation can
2592 be moved into an integer register using a single mov
2593 instruction
2594
2595 @item S
2596 Floating-point constant whose integral representation can
2597 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2598 instruction sequence
2599
2600 @item T
2601 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2602
2603 @item U
2604 Even register
2605
2606 @item W
2607 Memory address for @samp{e} constraint registers
2608
2609 @item Y
2610 Vector zero
2611
2612 @end table
2613
2614 @item TMS320C3x/C4x---@file{config/c4x/c4x.h}
2615 @table @code
2616 @item a
2617 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2618
2619 @item b
2620 Stack pointer register (sp)
2621
2622 @item c
2623 Standard (32-bit) precision integer register
2624
2625 @item f
2626 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2627
2628 @item k
2629 Block count register (bk)
2630
2631 @item q
2632 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2633
2634 @item t
2635 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2636
2637 @item u
2638 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2639
2640 @item v
2641 Repeat count register (rc)
2642
2643 @item x
2644 Index register (ir0-ir1)
2645
2646 @item y
2647 Status (condition code) register (st)
2648
2649 @item z
2650 Data page register (dp)
2651
2652 @item G
2653 Floating-point zero
2654
2655 @item H
2656 Immediate 16-bit floating-point constant
2657
2658 @item I
2659 Signed 16-bit constant
2660
2661 @item J
2662 Signed 8-bit constant
2663
2664 @item K
2665 Signed 5-bit constant
2666
2667 @item L
2668 Unsigned 16-bit constant
2669
2670 @item M
2671 Unsigned 8-bit constant
2672
2673 @item N
2674 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2675
2676 @item O
2677 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2678
2679 @item Q
2680 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2681
2682 @item R
2683 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2684
2685 @item S
2686 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2687
2688 @item T
2689 Direct memory reference
2690
2691 @item U
2692 Symbolic address
2693
2694 @end table
2695
2696 @item S/390 and zSeries---@file{config/s390/s390.h}
2697 @table @code
2698 @item a
2699 Address register (general purpose register except r0)
2700
2701 @item c
2702 Condition code register
2703
2704 @item d
2705 Data register (arbitrary general purpose register)
2706
2707 @item f
2708 Floating-point register
2709
2710 @item I
2711 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2712
2713 @item J
2714 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2715
2716 @item K
2717 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2718
2719 @item L
2720 Value appropriate as displacement.
2721 @table @code
2722        @item (0..4095)
2723        for short displacement
2724        @item (-524288..524287)
2725        for long displacement
2726 @end table
2727
2728 @item M
2729 Constant integer with a value of 0x7fffffff.
2730
2731 @item N
2732 Multiple letter constraint followed by 4 parameter letters.
2733 @table @code
2734          @item 0..9:
2735          number of the part counting from most to least significant
2736          @item H,Q:
2737          mode of the part
2738          @item D,S,H:
2739          mode of the containing operand
2740          @item 0,F:
2741          value of the other parts (F---all bits set)
2742 @end table
2743 The constraint matches if the specified part of a constant
2744 has a value different from it's other parts.
2745
2746 @item Q
2747 Memory reference without index register and with short displacement.
2748
2749 @item R
2750 Memory reference with index register and short displacement.
2751
2752 @item S
2753 Memory reference without index register but with long displacement.
2754
2755 @item T
2756 Memory reference with index register and long displacement.
2757
2758 @item U
2759 Pointer with short displacement.
2760
2761 @item W
2762 Pointer with long displacement.
2763
2764 @item Y
2765 Shift count operand.
2766
2767 @end table
2768
2769 @item Score family---@file{config/score/score.h}
2770 @table @code
2771 @item d
2772 Registers from r0 to r32.
2773
2774 @item e
2775 Registers from r0 to r16.
2776
2777 @item t
2778 r8---r11 or r22---r27 registers.
2779
2780 @item h
2781 hi register.
2782
2783 @item l
2784 lo register.
2785
2786 @item x
2787 hi + lo register.
2788
2789 @item q
2790 cnt register.
2791
2792 @item y
2793 lcb register.
2794
2795 @item z
2796 scb register.
2797
2798 @item a
2799 cnt + lcb + scb register.
2800
2801 @item c
2802 cr0---cr15 register.
2803
2804 @item b
2805 cp1 registers.
2806
2807 @item f
2808 cp2 registers.
2809
2810 @item i
2811 cp3 registers.
2812
2813 @item j
2814 cp1 + cp2 + cp3 registers.
2815
2816 @item I
2817 Unsigned 15 bit integer (in the range 0 to 32767).
2818
2819 @item J
2820 Unsigned 5 bit integer (in the range 0 to 31).
2821
2822 @item K
2823 Unsigned 16 bit integer (in the range 0 to 65535).
2824
2825 @item L
2826 Signed 16 bit integer (in the range @minus{}32768 to 32767).
2827
2828 @item M
2829 Unsigned 14 bit integer (in the range 0 to 16383).
2830
2831 @item N
2832 Signed 14 bit integer (in the range @minus{}8192 to 8191).
2833
2834 @item O
2835 Signed 15 bit integer (in the range @minus{}16384 to 16383).
2836
2837 @item P
2838 Signed 12 bit integer (in the range @minus{}2048 to 2047).
2839
2840 @item J
2841 An integer constant with exactly a single bit set.
2842
2843 @item Q
2844 An integer constant.
2845
2846 @item Z
2847 Any SYMBOL_REF.
2848 @end table
2849
2850 @item Xstormy16---@file{config/stormy16/stormy16.h}
2851 @table @code
2852 @item a
2853 Register r0.
2854
2855 @item b
2856 Register r1.
2857
2858 @item c
2859 Register r2.
2860
2861 @item d
2862 Register r8.
2863
2864 @item e
2865 Registers r0 through r7.
2866
2867 @item t
2868 Registers r0 and r1.
2869
2870 @item y
2871 The carry register.
2872
2873 @item z
2874 Registers r8 and r9.
2875
2876 @item I
2877 A constant between 0 and 3 inclusive.
2878
2879 @item J
2880 A constant that has exactly one bit set.
2881
2882 @item K
2883 A constant that has exactly one bit clear.
2884
2885 @item L
2886 A constant between 0 and 255 inclusive.
2887
2888 @item M
2889 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2890
2891 @item N
2892 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2893
2894 @item O
2895 A constant between 1 and 4 inclusive.
2896
2897 @item P
2898 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2899
2900 @item Q
2901 A memory reference that is a stack push.
2902
2903 @item R
2904 A memory reference that is a stack pop.
2905
2906 @item S
2907 A memory reference that refers to a constant address of known value.
2908
2909 @item T
2910 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2911
2912 @item U
2913 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2914
2915 @item Z
2916 The constant 0.
2917
2918 @end table
2919
2920 @item Xtensa---@file{config/xtensa/xtensa.h}
2921 @table @code
2922 @item a
2923 General-purpose 32-bit register
2924
2925 @item b
2926 One-bit boolean register
2927
2928 @item A
2929 MAC16 40-bit accumulator register
2930
2931 @item I
2932 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2933
2934 @item J
2935 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2936
2937 @item K
2938 Integer constant valid for BccI instructions
2939
2940 @item L
2941 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2942
2943 @end table
2944
2945 @end table
2946
2947 @ifset INTERNALS
2948 @node Define Constraints
2949 @subsection Defining Machine-Specific Constraints
2950 @cindex defining constraints
2951 @cindex constraints, defining
2952
2953 Machine-specific constraints fall into two categories: register and
2954 non-register constraints.  Within the latter category, constraints
2955 which allow subsets of all possible memory or address operands should
2956 be specially marked, to give @code{reload} more information.
2957
2958 Machine-specific constraints can be given names of arbitrary length,
2959 but they must be entirely composed of letters, digits, underscores
2960 (@samp{_}), and angle brackets (@samp{< >}).  Like C identifiers, they
2961 must begin with a letter or underscore. 
2962
2963 In order to avoid ambiguity in operand constraint strings, no
2964 constraint can have a name that begins with any other constraint's
2965 name.  For example, if @code{x} is defined as a constraint name,
2966 @code{xy} may not be, and vice versa.  As a consequence of this rule,
2967 no constraint may begin with one of the generic constraint letters:
2968 @samp{E F V X g i m n o p r s}.
2969
2970 Register constraints correspond directly to register classes.
2971 @xref{Register Classes}.  There is thus not much flexibility in their
2972 definitions.
2973
2974 @deffn {MD Expression} define_register_constraint name regclass docstring
2975 All three arguments are string constants.
2976 @var{name} is the name of the constraint, as it will appear in
2977 @code{match_operand} expressions.  @var{regclass} can be either the
2978 name of the corresponding register class (@pxref{Register Classes}),
2979 or a C expression which evaluates to the appropriate register class.
2980 If it is an expression, it must have no side effects, and it cannot
2981 look at the operand.  The usual use of expressions is to map some
2982 register constraints to @code{NO_REGS} when the register class
2983 is not available on a given subarchitecture.
2984
2985 @var{docstring} is a sentence documenting the meaning of the
2986 constraint.  Docstrings are explained further below.
2987 @end deffn
2988
2989 Non-register constraints are more like predicates: the constraint
2990 definition gives a Boolean expression which indicates whether the
2991 constraint matches.
2992
2993 @deffn {MD Expression} define_constraint name docstring exp
2994 The @var{name} and @var{docstring} arguments are the same as for
2995 @code{define_register_constraint}, but note that the docstring comes
2996 immediately after the name for these expressions.  @var{exp} is an RTL
2997 expression, obeying the same rules as the RTL expressions in predicate
2998 definitions.  @xref{Defining Predicates}, for details.  If it
2999 evaluates true, the constraint matches; if it evaluates false, it
3000 doesn't. Constraint expressions should indicate which RTL codes they
3001 might match, just like predicate expressions.
3002
3003 @code{match_test} C expressions have access to the
3004 following variables:
3005
3006 @table @var
3007 @item op
3008 The RTL object defining the operand.
3009 @item mode
3010 The machine mode of @var{op}.
3011 @item ival
3012 @samp{INTVAL (@var{op})}, if @var{op} is a @code{const_int}.
3013 @item hval
3014 @samp{CONST_DOUBLE_HIGH (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3015 @code{const_double}.
3016 @item lval
3017 @samp{CONST_DOUBLE_LOW (@var{op})}, if @var{op} is an integer
3018 @code{const_double}.
3019 @item rval
3020 @samp{CONST_DOUBLE_REAL_VALUE (@var{op})}, if @var{op} is a floating-point
3021 @code{const_double}.
3022 @end table
3023
3024 The @var{*val} variables should only be used once another piece of the
3025 expression has verified that @var{op} is the appropriate kind of RTL
3026 object.
3027 @end deffn
3028
3029 Most non-register constraints should be defined with
3030 @code{define_constraint}.  The remaining two definition expressions
3031 are only appropriate for constraints that should be handled specially
3032 by @code{reload} if they fail to match.
3033
3034 @deffn {MD Expression} define_memory_constraint name docstring exp
3035 Use this expression for constraints that match a subset of all memory
3036 operands: that is, @code{reload} can make them match by converting the
3037 operand to the form @samp{@w{(mem (reg @var{X}))}}, where @var{X} is a
3038 base register (from the register class specified by
3039 @code{BASE_REG_CLASS}, @pxref{Register Classes}).
3040
3041 For example, on the S/390, some instructions do not accept arbitrary
3042 memory references, but only those that do not make use of an index
3043 register.  The constraint letter @samp{Q} is defined to represent a
3044 memory address of this type.  If @samp{Q} is defined with
3045 @code{define_memory_constraint}, a @samp{Q} constraint can handle any
3046 memory operand, because @code{reload} knows it can simply copy the
3047 memory address into a base register if required.  This is analogous to
3048 the way a @samp{o} constraint can handle any memory operand.
3049
3050 The syntax and semantics are otherwise identical to
3051 @code{define_constraint}.
3052 @end deffn
3053
3054 @deffn {MD Expression} define_address_constraint name docstring exp
3055 Use this expression for constraints that match a subset of all address
3056 operands: that is, @code{reload} can make the constraint match by
3057 converting the operand to the form @samp{@w{(reg @var{X})}}, again
3058 with @var{X} a base register.
3059
3060 Constraints defined with @code{define_address_constraint} can only be
3061 used with the @code{address_operand} predicate, or machine-specific
3062 predicates that work the same way.  They are treated analogously to
3063 the generic @samp{p} constraint.
3064
3065 The syntax and semantics are otherwise identical to
3066 @code{define_constraint}.
3067 @end deffn
3068
3069 For historical reasons, names beginning with the letters @samp{G H}
3070 are reserved for constraints that match only @code{const_double}s, and
3071 names beginning with the letters @samp{I J K L M N O P} are reserved
3072 for constraints that match only @code{const_int}s.  This may change in
3073 the future.  For the time being, constraints with these names must be
3074 written in a stylized form, so that @code{genpreds} can tell you did
3075 it correctly:
3076
3077 @smallexample
3078 @group
3079 (define_constraint "[@var{GHIJKLMNOP}]@dots{}"
3080   "@var{doc}@dots{}"
3081   (and (match_code "const_int")  ; @r{@code{const_double} for G/H}
3082        @var{condition}@dots{}))            ; @r{usually a @code{match_test}}
3083 @end group
3084 @end smallexample
3085 @c the semicolons line up in the formatted manual
3086
3087 It is fine to use names beginning with other letters for constraints
3088 that match @code{const_double}s or @code{const_int}s.
3089
3090 Each docstring in a constraint definition should be one or more complete
3091 sentences, marked up in Texinfo format.  @emph{They are currently unused.}
3092 In the future they will be copied into the GCC manual, in @ref{Machine
3093 Constraints}, replacing the hand-maintained tables currently found in
3094 that section.  Also, in the future the compiler may use this to give
3095 more helpful diagnostics when poor choice of @code{asm} constraints
3096 causes a reload failure.
3097
3098 If you put the pseudo-Texinfo directive @samp{@@internal} at the
3099 beginning of a docstring, then (in the future) it will appear only in
3100 the internals manual's version of the machine-specific constraint tables.
3101 Use this for constraints that should not appear in @code{asm} statements.
3102
3103 @node C Constraint Interface
3104 @subsection Testing constraints from C
3105 @cindex testing constraints
3106 @cindex constraints, testing
3107
3108 It is occasionally useful to test a constraint from C code rather than
3109 implicitly via the constraint string in a @code{match_operand}.  The
3110 generated file @file{tm_p.h} declares a few interfaces for working
3111 with machine-specific constraints.  None of these interfaces work with
3112 the generic constraints described in @ref{Simple Constraints}.  This
3113 may change in the future.
3114
3115 @strong{Warning:} @file{tm_p.h} may declare other functions that
3116 operate on constraints, besides the ones documented here.  Do not use
3117 those functions from machine-dependent code.  They exist to implement
3118 the old constraint interface that machine-independent components of
3119 the compiler still expect.  They will change or disappear in the
3120 future.
3121
3122 Some valid constraint names are not valid C identifiers, so there is a
3123 mangling scheme for referring to them from C@.  Constraint names that
3124 do not contain angle brackets or underscores are left unchanged.
3125 Underscores are doubled, each @samp{<} is replaced with @samp{_l}, and
3126 each @samp{>} with @samp{_g}.  Here are some examples:
3127
3128 @c the @c's prevent double blank lines in the printed manual.
3129 @example
3130 @multitable {Original} {Mangled}
3131 @item @strong{Original} @tab @strong{Mangled}  @c
3132 @item @code{x}     @tab @code{x}       @c
3133 @item @code{P42x}  @tab @code{P42x}    @c
3134 @item @code{P4_x}  @tab @code{P4__x}   @c
3135 @item @code{P4>x}  @tab @code{P4_gx}   @c
3136 @item @code{P4>>}  @tab @code{P4_g_g}  @c
3137 @item @code{P4_g>} @tab @code{P4__g_g} @c
3138 @end multitable
3139 @end example
3140
3141 Throughout this section, the variable @var{c} is either a constraint
3142 in the abstract sense, or a constant from @code{enum constraint_num};
3143 the variable @var{m} is a mangled constraint name (usually as part of
3144 a larger identifier).
3145
3146 @deftp Enum constraint_num
3147 For each machine-specific constraint, there is a corresponding
3148 enumeration constant: @samp{CONSTRAINT_} plus the mangled name of the
3149 constraint.  Functions that take an @code{enum constraint_num} as an
3150 argument expect one of these constants.
3151
3152 Machine-independent constraints do not have associated constants.
3153 This may change in the future.
3154 @end deftp
3155
3156 @deftypefun {inline bool} satisfies_constraint_@var{m} (rtx @var{exp})
3157 For each machine-specific, non-register constraint @var{m}, there is
3158 one of these functions; it returns @code{true} if @var{exp} satisfies the
3159 constraint.  These functions are only visible if @file{rtl.h} was included
3160 before @file{tm_p.h}.
3161 @end deftypefun
3162
3163 @deftypefun bool constraint_satisfied_p (rtx @var{exp}, enum constraint_num @var{c})
3164 Like the @code{satisfies_constraint_@var{m}} functions, but the
3165 constraint to test is given as an argument, @var{c}.  If @var{c}
3166 specifies a register constraint, this function will always return
3167 @code{false}.
3168 @end deftypefun
3169
3170 @deftypefun {enum reg_class} regclass_for_constraint (enum constraint_num @var{c})
3171 Returns the register class associated with @var{c}.  If @var{c} is not
3172 a register constraint, or those registers are not available for the
3173 currently selected subtarget, returns @code{NO_REGS}.
3174 @end deftypefun
3175
3176 Here is an example use of @code{satisfies_constraint_@var{m}}.  In
3177 peephole optimizations (@pxref{Peephole Definitions}), operand
3178 constraint strings are ignored, so if there are relevant constraints,
3179 they must be tested in the C condition.  In the example, the
3180 optimization is applied if operand 2 does @emph{not} satisfy the
3181 @samp{K} constraint.  (This is a simplified version of a peephole
3182 definition from the i386 machine description.)
3183
3184 @smallexample
3185 (define_peephole2
3186   [(match_scratch:SI 3 "r")
3187    (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
3188         (mult:SI (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")
3189                  (match_operand:SI 2 "immediate_operand" "")))]
3190
3191   "!satisfies_constraint_K (operands[2])"
3192
3193   [(set (match_dup 3) (match_dup 1))
3194    (set (match_dup 0) (mult:SI (match_dup 3) (match_dup 2)))]
3195
3196   "")
3197 @end smallexample
3198
3199 @node Standard Names
3200 @section Standard Pattern Names For Generation
3201 @cindex standard pattern names
3202 @cindex pattern names
3203 @cindex names, pattern
3204
3205 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
3206 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
3207 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
3208 pattern to accomplish a certain task.
3209
3210 @table @asis
3211 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
3212 @item @samp{mov@var{m}}
3213 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lowercase.
3214 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
3215 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
3216
3217 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
3218 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
3219 to store the specified value in the part of the register that corresponds
3220 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
3221 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
3222 outside the target word are left unchanged.
3223
3224 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
3225 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
3226 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
3227 If there are patterns accepting operands in larger modes,
3228 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
3229
3230 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
3231 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
3232 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
3233 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
3234 into a register.
3235
3236 @findex force_reg
3237 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
3238 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
3239 registers other than the operands.  For example, if you support the
3240 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
3241 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
3242 function which might generate new pseudo registers.
3243
3244 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
3245 fetching those modes from memory normally requires several insns and
3246 some temporary registers.
3247
3248 @findex change_address
3249 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
3250 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
3251 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
3252 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
3253 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
3254 an address into a valid address and no routine (such as
3255 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
3256 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
3257
3258 @findex reload_in_progress
3259 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
3260 declared if required) can be used to determine whether such special
3261 handling is required.
3262
3263 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
3264 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
3265 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
3266 machines explicit memory references will get optional reloads.
3267
3268 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
3269 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
3270
3271 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
3272 you must provide an appropriate secondary_reload target hook.
3273
3274 @findex no_new_pseudos
3275 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
3276 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
3277 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
3278
3279 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
3280 register to any other hard register provided that
3281 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
3282 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
3283
3284 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
3285 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
3286 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
3287 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
3288 point members.
3289
3290 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
3291 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
3292 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
3293 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
3294 floating point registers, then the constraints of the fixed point
3295 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
3296 reload into a floating point register.
3297
3298 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
3299 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
3300 @item @samp{reload_in@var{m}}
3301 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
3302 These named patterns have been obsoleted by the target hook
3303 @code{secondary_reload}.
3304
3305 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
3306 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
3307 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
3308 macro in @pxref{Register Classes}.
3309
3310 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
3311 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
3312 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
3313 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
3314 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
3315 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
3316 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
3317 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
3318 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
3319 for these patterns.
3320
3321 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
3322 @item @samp{movstrict@var{m}}
3323 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
3324 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
3325 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
3326 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
3327
3328 @cindex @code{movmisalign@var{m}} instruction pattern
3329 @item @samp{movmisalign@var{m}}
3330 This variant of a move pattern is designed to load or store a value
3331 from a memory address that is not naturally aligned for its mode.
3332 For a store, the memory will be in operand 0; for a load, the memory
3333 will be in operand 1.  The other operand is guaranteed not to be a
3334 memory, so that it's easy to tell whether this is a load or store.
3335
3336 This pattern is used by the autovectorizer, and when expanding a
3337 @code{MISALIGNED_INDIRECT_REF} expression.
3338
3339 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
3340 @item @samp{load_multiple}
3341 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
3342 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
3343 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
3344 number of consecutive registers.
3345
3346 Define this only if the target machine really has such an instruction;
3347 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
3348 registers from memory is to do them one at a time.
3349
3350 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
3351 registers can be stored into memory, such as particular starting or
3352 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
3353 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3354 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
3355
3356 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
3357 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
3358 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
3359 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
3360 @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn pattern.
3361
3362 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
3363 @item @samp{store_multiple}
3364 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
3365 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
3366 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
3367 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
3368
3369 @cindex @code{vec_set@var{m}} instruction pattern
3370 @item @samp{vec_set@var{m}}
3371 Set given field in the vector value.  Operand 0 is the vector to modify,
3372 operand 1 is new value of field and operand 2 specify the field index.
3373
3374 @cindex @code{vec_extract@var{m}} instruction pattern
3375 @item @samp{vec_extract@var{m}}
3376 Extract given field from the vector value.  Operand 1 is the vector, operand 2
3377 specify field index and operand 0 place to store value into.
3378
3379 @cindex @code{vec_init@var{m}} instruction pattern
3380 @item @samp{vec_init@var{m}}
3381 Initialize the vector to given values.  Operand 0 is the vector to initialize
3382 and operand 1 is parallel containing values for individual fields.
3383
3384 @cindex @code{push@var{m}1} instruction pattern
3385 @item @samp{push@var{m}1}
3386 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
3387 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
3388 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
3389 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
3390 method is deprecated.
3391
3392 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
3393 @item @samp{add@var{m}3}
3394 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
3395 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
3396 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
3397
3398 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
3399 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
3400 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
3401 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
3402 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
3403 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
3404 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
3405 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
3406 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
3407 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
3408 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
3409 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
3410 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}
3411 @itemx @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
3412 @itemx @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
3413 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
3414 Similar, for other arithmetic operations.
3415
3416 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
3417 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
3418 @item @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}
3419 Signed minimum and maximum operations.  When used with floating point,
3420 if both operands are zeros, or if either operand is @code{NaN}, then
3421 it is unspecified which of the two operands is returned as the result.
3422
3423 @cindex @code{reduc_smin_@var{m}} instruction pattern
3424 @cindex @code{reduc_smax_@var{m}} instruction pattern
3425 @item @samp{reduc_smin_@var{m}}, @samp{reduc_smax_@var{m}}
3426 Find the signed minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3427 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3428 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3429 modes.
3430
3431 @cindex @code{reduc_umin_@var{m}} instruction pattern
3432 @cindex @code{reduc_umax_@var{m}} instruction pattern
3433 @item @samp{reduc_umin_@var{m}}, @samp{reduc_umax_@var{m}}
3434 Find the unsigned minimum/maximum of the elements of a vector. The vector is
3435 operand 1, and the scalar result is stored in the least significant bits of
3436 operand 0 (also a vector). The output and input vector should have the same
3437 modes.
3438
3439 @cindex @code{reduc_splus_@var{m}} instruction pattern
3440 @item @samp{reduc_splus_@var{m}}
3441 Compute the sum of the signed elements of a vector. The vector is operand 1,
3442 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3443 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3444
3445 @cindex @code{reduc_uplus_@var{m}} instruction pattern
3446 @item @samp{reduc_uplus_@var{m}}
3447 Compute the sum of the unsigned elements of a vector. The vector is operand 1,
3448 and the scalar result is stored in the least significant bits of operand 0
3449 (also a vector). The output and input vector should have the same modes.
3450
3451 @cindex @code{sdot_prod@var{m}} instruction pattern
3452 @item @samp{sdot_prod@var{m}}
3453 @cindex @code{udot_prod@var{m}} instruction pattern
3454 @item @samp{udot_prod@var{m}}
3455 Compute the sum of the products of two signed/unsigned elements. 
3456 Operand 1 and operand 2 are of the same mode. Their product, which is of a 
3457 wider mode, is computed and added to operand 3. Operand 3 is of a mode equal or 
3458 wider than the mode of the product. The result is placed in operand 0, which
3459 is of the same mode as operand 3. 
3460
3461 @cindex @code{ssum_widen@var{m3}} instruction pattern
3462 @item @samp{ssum_widen@var{m3}}
3463 @cindex @code{usum_widen@var{m3}} instruction pattern
3464 @item @samp{usum_widen@var{m3}}
3465 Operands 0 and 2 are of the same mode, which is wider than the mode of 
3466 operand 1. Add operand 1 to operand 2 and place the widened result in
3467 operand 0. (This is used express accumulation of elements into an accumulator
3468 of a wider mode.)
3469
3470 @cindex @code{vec_shl_@var{m}} instruction pattern
3471 @cindex @code{vec_shr_@var{m}} instruction pattern
3472 @item @samp{vec_shl_@var{m}}, @samp{vec_shr_@var{m}}
3473 Whole vector left/right shift in bits.
3474 Operand 1 is a vector to be shifted.
3475 Operand 2 is an integer shift amount in bits.
3476 Operand 0 is where the resulting shifted vector is stored.
3477 The output and input vectors should have the same modes.
3478
3479 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
3480 @item @samp{mulhisi3}
3481 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
3482 a @code{SImode} product in operand 0.
3483
3484 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
3485 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
3486 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
3487 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
3488
3489 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
3490 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
3491 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
3492 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
3493 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
3494 multiplication.
3495
3496 @cindex @code{usmulqihi3} instruction pattern
3497 @cindex @code{usmulhisi3} instruction pattern
3498 @cindex @code{usmulsidi3} instruction pattern
3499 @item @samp{usmulqihi3}, @samp{usmulhisi3}, @samp{usmulsidi3}
3500 Similar widening-multiplication instructions that interpret the first
3501 operand as unsigned and the second operand as signed, then do a signed
3502 multiplication.
3503
3504 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3505 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
3506 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
3507 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
3508 The least significant half of the product is discarded.
3509
3510 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
3511 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
3512 Similar, but the multiplication is unsigned.
3513
3514 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
3515 @item @samp{divmod@var{m}4}
3516 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
3517 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
3518 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
3519
3520 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
3521 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
3522 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
3523 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
3524 and remainder are computed.
3525
3526 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
3527 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
3528 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
3529 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
3530 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
3531
3532 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
3533 @item @samp{udivmod@var{m}4}
3534 Similar, but does unsigned division.
3535
3536 @anchor{shift patterns}
3537 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
3538 @item @samp{ashl@var{m}3}
3539 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
3540 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
3541 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
3542 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
3543 mode before generating the instruction.  The meaning of out-of-range shift
3544 counts can optionally be specified by @code{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3545 @xref{TARGET_SHIFT_TRUNCATION_MASK}.
3546
3547 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
3548 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
3549 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
3550 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
3551 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
3552 Other shift and rotate instructions, analogous to the
3553 @code{ashl@var{m}3} instructions.
3554
3555 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
3556 @item @samp{neg@var{m}2}
3557 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
3558
3559 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
3560 @item @samp{abs@var{m}2}
3561 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
3562
3563 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
3564 @item @samp{sqrt@var{m}2}
3565 Store the square root of operand 1 into operand 0.
3566
3567 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
3568 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
3569 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3570 type @code{float}.
3571
3572 @cindex @code{fmod@var{m}3} instruction pattern
3573 @item @samp{fmod@var{m}3}
3574 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3575 operand 0, rounded towards zero to an integer.
3576
3577 The @code{fmod} built-in function of C always uses the mode which
3578 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{fmodf}
3579 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3580 type @code{float}.
3581
3582 @cindex @code{remainder@var{m}3} instruction pattern
3583 @item @samp{remainder@var{m}3}
3584 Store the remainder of dividing operand 1 by operand 2 into
3585 operand 0, rounded to the nearest integer.
3586
3587 The @code{remainder} built-in function of C always uses the mode
3588 which corresponds to the C data type @code{double} and the
3589 @code{remainderf} built-in function uses the mode which corresponds
3590 to the C data type @code{float}.
3591
3592 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
3593 @item @samp{cos@var{m}2}
3594 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
3595
3596 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
3597 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
3598 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3599 type @code{float}.
3600
3601 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
3602 @item @samp{sin@var{m}2}
3603 Store the sine of operand 1 into operand 0.
3604
3605 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
3606 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
3607 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3608 type @code{float}.
3609
3610 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
3611 @item @samp{exp@var{m}2}
3612 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
3613
3614 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
3615 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
3616 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3617 type @code{float}.
3618
3619 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
3620 @item @samp{log@var{m}2}
3621 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
3622
3623 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
3624 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
3625 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3626 type @code{float}.
3627
3628 @cindex @code{pow@var{m}3} instruction pattern
3629 @item @samp{pow@var{m}3}
3630 Store the value of operand 1 raised to the exponent operand 2
3631 into operand 0.
3632
3633 The @code{pow} built-in function of C always uses the mode which
3634 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{powf}
3635 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3636 type @code{float}.
3637
3638 @cindex @code{atan2@var{m}3} instruction pattern
3639 @item @samp{atan2@var{m}3}
3640 Store the arc tangent (inverse tangent) of operand 1 divided by
3641 operand 2 into operand 0, using the signs of both arguments to
3642 determine the quadrant of the result.
3643
3644 The @code{atan2} built-in function of C always uses the mode which
3645 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{atan2f}
3646 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3647 type @code{float}.
3648
3649 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
3650 @item @samp{floor@var{m}2}
3651 Store the largest integral value not greater than argument.
3652
3653 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
3654 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
3655 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3656 type @code{float}.
3657
3658 @cindex @code{btrunc@var{m}2} instruction pattern
3659 @item @samp{btrunc@var{m}2}
3660 Store the argument rounded to integer towards zero.
3661
3662 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
3663 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
3664 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3665 type @code{float}.
3666
3667 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
3668 @item @samp{round@var{m}2}
3669 Store the argument rounded to integer away from zero.
3670
3671 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
3672 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
3673 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3674 type @code{float}.
3675
3676 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
3677 @item @samp{ceil@var{m}2}
3678 Store the argument rounded to integer away from zero.
3679
3680 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
3681 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
3682 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3683 type @code{float}.
3684
3685 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
3686 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
3687 Store the argument rounded according to the default rounding mode
3688
3689 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
3690 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
3691 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3692 type @code{float}.
3693
3694 @cindex @code{rint@var{m}2} instruction pattern
3695 @item @samp{rint@var{m}2}
3696 Store the argument rounded according to the default rounding mode and
3697 raise the inexact exception when the result differs in value from
3698 the argument
3699
3700 The @code{rint} built-in function of C always uses the mode which
3701 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{rintf}
3702 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3703 type @code{float}.
3704
3705 @cindex @code{lrint@var{m}@var{n}2}
3706 @item @samp{lrint@var{m}@var{n}2}
3707 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3708 point mode @var{n} as a signed number according to the current
3709 rounding mode and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3710
3711 @cindex @code{lround@var{m}@var{n}2}
3712 @item @samp{lround@var{m}2}
3713 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3714 point mode @var{n} as a signed number rounding to nearest and away
3715 from zero and store in operand 0 (which has mode @var{n}).
3716
3717 @cindex @code{lfloor@var{m}@var{n}2}
3718 @item @samp{lfloor@var{m}2}
3719 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3720 point mode @var{n} as a signed number rounding down and store in
3721 operand 0 (which has mode @var{n}).
3722
3723 @cindex @code{lceil@var{m}@var{n}2}
3724 @item @samp{lceil@var{m}2}
3725 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3726 point mode @var{n} as a signed number rounding up and store in
3727 operand 0 (which has mode @var{n}).
3728
3729 @cindex @code{copysign@var{m}3} instruction pattern
3730 @item @samp{copysign@var{m}3}
3731 Store a value with the magnitude of operand 1 and the sign of operand
3732 2 into operand 0.
3733
3734 The @code{copysign} built-in function of C always uses the mode which
3735 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{copysignf}
3736 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
3737 type @code{float}.
3738
3739 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
3740 @item @samp{ffs@var{m}2}
3741 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
3742 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
3743 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3744 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3745 generating the instruction.
3746
3747 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
3748 corresponds to the C data type @code{int}.
3749
3750 @cindex @code{clz@var{m}2} instruction pattern
3751 @item @samp{clz@var{m}2}
3752 Store into operand 0 the number of leading 0-bits in @var{x}, starting
3753 at the most significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3754 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3755 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3756 operand to that mode before generating the instruction.
3757
3758 @cindex @code{ctz@var{m}2} instruction pattern
3759 @item @samp{ctz@var{m}2}
3760 Store into operand 0 the number of trailing 0-bits in @var{x}, starting
3761 at the least significant bit position.  If @var{x} is 0, the result is
3762 undefined.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode is
3763 specified by the instruction pattern, and the compiler will convert the
3764 operand to that mode before generating the instruction.
3765
3766 @cindex @code{popcount@var{m}2} instruction pattern
3767 @item @samp{popcount@var{m}2}
3768 Store into operand 0 the number of 1-bits in @var{x}.  @var{m} is the
3769 mode of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
3770 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
3771 generating the instruction.
3772
3773 @cindex @code{parity@var{m}2} instruction pattern
3774 @item @samp{parity@var{m}2}
3775 Store into operand 0 the parity of @var{x}, i.e.@: the number of 1-bits
3776 in @var{x} modulo 2.  @var{m} is the mode of operand 0; operand 1's mode
3777 is specified by the instruction pattern, and the compiler will convert
3778 the operand to that mode before generating the instruction.
3779
3780 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
3781 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
3782 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
3783
3784 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
3785 @item @samp{cmp@var{m}}
3786 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
3787 The RTL pattern should look like this:
3788
3789 @smallexample
3790 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3791                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
3792 @end smallexample
3793
3794 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
3795 @item @samp{tst@var{m}}
3796 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
3797 The RTL pattern should look like this:
3798
3799 @smallexample
3800 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
3801 @end smallexample
3802
3803 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
3804 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
3805 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
3806 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
3807
3808 @cindex @code{movmem@var{m}} instruction pattern
3809 @item @samp{movmem@var{m}}
3810 Block move instruction.  The destination and source blocks of memory
3811 are the first two operands, and both are @code{mem:BLK}s with an
3812 address in mode @code{Pmode}.
3813
3814 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
3815 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
3816 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
3817 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
3818 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
3819 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
3820 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
3821
3822 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3823 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3824 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3825 it may provide the value 4 for this operand.
3826
3827 Descriptions of multiple @code{movmem@var{m}} patterns can only be
3828 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
3829 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
3830 in @code{movmem@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
3831 individually moved data units in the block.
3832
3833 These patterns need not give special consideration to the possibility
3834 that the source and destination strings might overlap.
3835
3836 @cindex @code{movstr} instruction pattern
3837 @item @samp{movstr}
3838 String copy instruction, with @code{stpcpy} semantics.  Operand 0 is
3839 an output operand in mode @code{Pmode}.  The addresses of the
3840 destination and source strings are operands 1 and 2, and both are
3841 @code{mem:BLK}s with addresses in mode @code{Pmode}.  The execution of
3842 the expansion of this pattern should store in operand 0 the address in
3843 which the @code{NUL} terminator was stored in the destination string.
3844
3845 @cindex @code{setmem@var{m}} instruction pattern
3846 @item @samp{setmem@var{m}}
3847 Block set instruction.  The destination string is the first operand,
3848 given as a @code{mem:BLK} whose address is in mode @code{Pmode}.  The
3849 number of bytes to set is the second operand, in mode @var{m}.  The value to
3850 initialize the memory with is the third operand. Targets that only support the
3851 clearing of memory should reject any value that is not the constant 0.  See
3852 @samp{movmem@var{m}} for a discussion of the choice of mode.
3853
3854 The fourth operand is the known alignment of the destination, in the form
3855 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
3856 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
3857 operand.
3858
3859 The use for multiple @code{setmem@var{m}} is as for @code{movmem@var{m}}.
3860
3861 @cindex @code{cmpstrn@var{m}} instruction pattern
3862 @item @samp{cmpstrn@var{m}}
3863 String compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
3864 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
3865 of @samp{movmem@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3866 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3867 string.  The instruction is not allowed to prefetch more than one byte
3868 at a time since either string may end in the first byte and reading past
3869 that may access an invalid page or segment and cause a fault.  The
3870 effect of the instruction is to store a value in operand 0 whose sign
3871 indicates the result of the comparison.
3872
3873 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
3874 @item @samp{cmpstr@var{m}}
3875 String compare instruction, without known maximum length.  Operand 0 is the
3876 output; it has mode @var{m}.  The second and third operand are the blocks of
3877 memory to be compared; both are @code{mem:BLK} with an address in mode
3878 @code{Pmode}.
3879
3880 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
3881 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
3882 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
3883 it may provide the value 4 for this operand.
3884
3885 The two memory blocks specified are compared byte by byte in lexicographic
3886 order starting at the beginning of each string.  The instruction is not allowed
3887 to prefetch more than one byte at a time since either string may end in the
3888 first byte and reading past that may access an invalid page or segment and
3889 cause a fault.  The effect of the instruction is to store a value in operand 0
3890 whose sign indicates the result of the comparison.
3891
3892 @cindex @code{cmpmem@var{m}} instruction pattern
3893 @item @samp{cmpmem@var{m}}
3894 Block compare instruction, with five operands like the operands
3895 of @samp{cmpstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
3896 byte by byte in lexicographic order starting at the beginning of each
3897 block.  Unlike @samp{cmpstr@var{m}} the instruction can prefetch
3898 any bytes in the two memory blocks.  The effect of the instruction is
3899 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
3900 comparison.
3901
3902 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
3903 @item @samp{strlen@var{m}}
3904 Compute the length of a string, with three operands.
3905 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
3906 a @code{mem} referring to the first character of the string,
3907 operand 2 is the character to search for (normally zero),
3908 and operand 3 is a constant describing the known alignment
3909 of the beginning of the string.
3910
3911 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
3912 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
3913 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
3914 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3915 @var{n}).
3916
3917 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
3918 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
3919 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
3920 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
3921 @var{n}).
3922
3923 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
3924 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
3925 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3926 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
3927 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
3928 the value of operand 1 is an integer.
3929
3930 If the machine description defines this pattern, it also needs to
3931 define the @code{ftrunc} pattern.
3932
3933 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
3934 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
3935 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
3936 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
3937 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
3938 value of operand 1 is an integer.
3939
3940 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
3941 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
3942 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
3943 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
3944 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
3945
3946 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3947 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
3948 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
3949 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3950
3951 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
3952 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
3953 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
3954 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
3955
3956 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
3957 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
3958 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3959 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3960 point or both floating point.
3961
3962 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
3963 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
3964 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3965 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3966 point or both floating point.
3967
3968 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
3969 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
3970 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
3971 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
3972 point.
3973
3974 @cindex @code{extv} instruction pattern
3975 @item @samp{extv}
3976 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
3977 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
3978 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
3979 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
3980 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
3981 be valid for @code{word_mode}.
3982
3983 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
3984 for operands 2 and 3 and the constant is never zero for operand 2.
3985
3986 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
3987 before it is stored in operand 0.
3988
3989 @cindex @code{extzv} instruction pattern
3990 @item @samp{extzv}
3991 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
3992
3993 @cindex @code{insv} instruction pattern
3994 @item @samp{insv}
3995 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
3996 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
3997 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
3998 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
3999 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
4000
4001 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
4002 for operands 1 and 2 and the constant is never zero for operand 1.
4003
4004 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
4005 @item @samp{mov@var{mode}cc}
4006 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
4007 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
4008 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
4009
4010 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
4011 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
4012 conditionally move an integer value based on the floating point condition
4013 codes and vice versa.
4014
4015 If the machine does not have conditional move instructions, do not
4016 define these patterns.
4017
4018 @cindex @code{add@var{mode}cc} instruction pattern
4019 @item @samp{add@var{mode}cc}
4020 Similar to @samp{mov@var{mode}cc} but for conditional addition.  Conditionally
4021 move operand 2 or (operands 2 + operand 3) into operand 0 according to the
4022 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved into
4023 operand 0, otherwise (operand 2 + operand 3) is moved.
4024
4025 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
4026 @item @samp{s@var{cond}}
4027 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
4028 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
4029 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
4030 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
4031
4032 You specify the mode that the operand must have when you write the
4033 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
4034 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
4035
4036 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
4037 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
4038 you should omit it from the machine description.  You describe to the
4039 compiler exactly which value is stored by defining the macro
4040 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
4041 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
4042 should omit those operations from the machine description.
4043
4044 These operations may fail, but should do so only in relatively
4045 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
4046 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
4047
4048 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
4049 that copies the constant one to the target and branches around an
4050 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
4051 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
4052 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
4053 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
4054 the machine description.
4055
4056 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
4057 @item @samp{b@var{cond}}
4058 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
4059 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
4060 condition @var{cond}.
4061
4062 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
4063 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
4064 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
4065 simply store the operands away and generate all the required insns in a
4066 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
4067 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
4068 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
4069 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
4070
4071 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
4072 where the mode used for the comparison depends on the condition being
4073 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
4074
4075 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
4076 @samp{s@var{cond}} patterns.
4077
4078 @cindex @code{cbranch@var{mode}4} instruction pattern
4079 @item @samp{cbranch@var{mode}4}
4080 Conditional branch instruction combined with a compare instruction.
4081 Operand 0 is a comparison operator.  Operand 1 and operand 2 are the
4082 first and second operands of the comparison, respectively.  Operand 3
4083 is a @code{label_ref} that refers to the label to jump to.
4084
4085 @cindex @code{jump} instruction pattern
4086 @item @samp{jump}
4087 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
4088 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
4089 on all machines.
4090
4091 @cindex @code{call} instruction pattern
4092 @item @samp{call}
4093 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
4094 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
4095 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
4096 operands.
4097
4098 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
4099 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
4100 to put this information into the assembler code; they can put it in
4101 the RTL instead of operand 1.
4102
4103 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
4104 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
4105 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
4106 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
4107 instruction, the pattern for this operation should be a
4108 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
4109 address into a register and uses that register in the call instruction.
4110
4111 @cindex @code{call_value} instruction pattern
4112 @item @samp{call_value}
4113 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
4114 register in which the value is returned.  There are three more
4115 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
4116 instruction (but with numbers increased by one).
4117
4118 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
4119 insn.
4120
4121 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
4122 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
4123 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
4124 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
4125 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
4126 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
4127 adjustment made to the frame pointer.
4128
4129 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
4130 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
4131 can be eliminated, if desired.
4132
4133 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
4134 @item @samp{untyped_call}
4135 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
4136 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
4137 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
4138 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4139 the saving of a function return value into the result block.
4140
4141 This instruction pattern should be defined to support
4142 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
4143 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
4144 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
4145 multiple registers that can hold a return value
4146 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
4147
4148 @cindex @code{return} instruction pattern
4149 @item @samp{return}
4150 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
4151 defined only if a single instruction can do all the work of returning
4152 from a function.
4153
4154 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
4155 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
4156 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
4157 some class of functions only requires one instruction to implement a
4158 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
4159 to save any registers or allocate stack space.
4160
4161 @findex reload_completed
4162 @findex leaf_function_p
4163 For such machines, the condition specified in this pattern should only
4164 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
4165 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
4166 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
4167 a register window push is required.
4168
4169 Machines that have conditional return instructions should define patterns
4170 such as
4171
4172 @smallexample
4173 (define_insn ""
4174   [(set (pc)
4175         (if_then_else (match_operator
4176                          0 "comparison_operator"
4177                          [(cc0) (const_int 0)])
4178                       (return)
4179                       (pc)))]
4180   "@var{condition}"
4181   "@dots{}")
4182 @end smallexample
4183
4184 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
4185 named @samp{return} pattern.
4186
4187 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
4188 @item @samp{untyped_return}
4189 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
4190 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
4191 instructions are needed to return a value of any type.
4192
4193 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
4194 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
4195 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
4196 the restoring of a function return value from the result block.
4197
4198 @cindex @code{nop} instruction pattern
4199 @item @samp{nop}
4200 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
4201 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
4202 RTL pattern.
4203
4204 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
4205 @item @samp{indirect_jump}
4206 An instruction to jump to an address which is operand zero.
4207 This pattern name is mandatory on all machines.
4208
4209 @cindex @code{casesi} instruction pattern
4210 @item @samp{casesi}
4211 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
4212 This instruction takes five operands:
4213
4214 @enumerate
4215 @item
4216 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
4217
4218 @item
4219 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
4220
4221 @item
4222 The total range of indices in the table---the largest index
4223 minus the smallest one (both inclusive).
4224
4225 @item
4226 A label that precedes the table itself.
4227
4228 @item
4229 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
4230 @end enumerate
4231
4232 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
4233 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
4234 difference between the upper bound and the lower bound.
4235
4236 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
4237 @item @samp{tablejump}
4238 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
4239 capability which can be used to implement a dispatch table when there
4240 is no @samp{casesi} pattern.
4241
4242 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
4243 which should immediately precede the jump table.  If the macro
4244 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
4245 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
4246 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
4247 mode @code{Pmode}.
4248
4249 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
4250 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
4251 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
4252 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
4253
4254
4255 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
4256 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
4257 Conditional branch instruction that decrements a register and
4258 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
4259 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
4260 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
4261
4262 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
4263 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
4264 reduction is enabled.
4265
4266 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
4267 @item @samp{doloop_end}
4268 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
4269 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
4270 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
4271 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
4272 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
4273 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
4274 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
4275 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
4276 @xref{Looping Patterns}.
4277
4278 This optional instruction pattern should be defined for machines with
4279 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
4280 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
4281 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4282 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
4283 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
4284 too large for this instruction, make it fail.
4285
4286 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
4287 @item @samp{doloop_begin}
4288 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
4289 need to perform some initialization, such as loading special registers
4290 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
4291 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
4292 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
4293
4294
4295 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
4296 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
4297 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
4298 into operand 0.
4299
4300 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
4301 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
4302 and also has mode @code{Pmode}.
4303
4304 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
4305 the address of the function which would be called if the function
4306 pointer were used in an indirect call.
4307
4308 Only define this pattern if function pointers on the target machine
4309 can have different values but still call the same function when
4310 used in an indirect call.
4311
4312 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
4313 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
4314 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
4315 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
4316 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
4317 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
4318 @item @samp{save_stack_block}
4319 @itemx @samp{save_stack_function}
4320 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
4321 @itemx @samp{restore_stack_block}
4322 @itemx @samp{restore_stack_function}
4323 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
4324 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
4325 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
4326 such machines.
4327
4328 Some machines require special handling for stack pointer saves and
4329 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
4330 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
4331 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
4332 saves and restores are:
4333
4334 @enumerate
4335 @item
4336 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
4337 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
4338 restores the stack pointer when the block is exited.
4339
4340 @item
4341 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
4342 similar job for the outermost block of a function and are used when the
4343 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
4344 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
4345 restore sequence on some machines.
4346
4347 @item
4348 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
4349 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
4350 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
4351 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
4352 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
4353 and restoring additional data such as register window information or
4354 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
4355 such required data.
4356 @end enumerate
4357
4358 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
4359 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
4360 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
4361 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
4362 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
4363 for a particular type of save (either because no save is needed or
4364 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
4365 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
4366 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
4367 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
4368
4369 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
4370 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
4371 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
4372
4373 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
4374 @item @samp{allocate_stack}
4375 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
4376 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
4377
4378 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
4379 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
4380 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
4381 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
4382 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
4383 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
4384 stack is free.
4385
4386 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
4387 Some machines require other operations such as stack probes or
4388 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
4389 operations in addition to updating the stack pointer.
4390
4391 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
4392 @item @samp{check_stack}
4393 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
4394 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
4395 to perform the needed check and signaling an error if the stack
4396 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
4397 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
4398 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
4399 limit from a global or thread-specific variable or register.
4400
4401 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
4402 @item @samp{nonlocal_goto}
4403 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
4404 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
4405 each representing a value to be used in the jump.  The first
4406 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
4407 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
4408 the third is the address of a location where the stack is saved,
4409 and the last is the address of the label, to be placed in the
4410 location for the incoming static chain.
4411
4412 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
4413 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
4414 and static chain, restore the stack (using the
4415 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
4416 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
4417 not work on your machine.
4418
4419 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
4420 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
4421 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
4422 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
4423 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
4424 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
4425 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
4426 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
4427 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
4428 There are no arguments.
4429
4430 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
4431 @item @samp{exception_receiver}
4432 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4433 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4434 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4435 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4436 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
4437 an exception.  There are no arguments.
4438
4439 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
4440 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
4441 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
4442 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
4443 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
4444 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
4445 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
4446 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
4447 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
4448 the first three are normally used by the generic mechanism.
4449
4450 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
4451 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
4452 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
4453 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
4454 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
4455 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
4456 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
4457 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
4458 at a small offset from that label.
4459
4460 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
4461 @item @samp{builtin_longjmp}
4462 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
4463 You will not normally need to define this pattern unless you also define
4464 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
4465 @code{jmp_buf}.
4466
4467 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
4468 @item @samp{eh_return}
4469 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
4470 and thence the call frame exception handling library routines, are
4471 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
4472 the abnormal return path.
4473
4474 The address of the exception handler to which the function should return
4475 is passed as operand to this pattern.  It will normally need to copied by
4476 the pattern to some special register or memory location.
4477 If the pattern needs to determine the location of the target call
4478 frame in order to do so, it may use @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX},
4479 if defined; it will have already been assigned.
4480
4481 If this pattern is not defined, the default action will be to simply
4482 copy the return address to @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX}.  Either
4483 that macro or this pattern needs to be defined if call frame exception
4484 handling is to be used.
4485
4486 @cindex @code{prologue} instruction pattern
4487 @anchor{prologue instruction pattern}
4488 @item @samp{prologue}
4489 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
4490 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
4491 pointer register, saving callee saved registers, etc.
4492
4493 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
4494 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
4495
4496 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
4497 instruction scheduling.
4498
4499 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
4500 @anchor{epilogue instruction pattern}
4501 @item @samp{epilogue}
4502 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
4503 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
4504 registers and emitting the return instruction.
4505
4506 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
4507 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
4508
4509 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
4510 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
4511
4512 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
4513 @item @samp{sibcall_epilogue}
4514 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
4515 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
4516 sibling call (aka tail call) sites.
4517
4518 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
4519 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
4520 function.
4521
4522 @cindex @code{trap} instruction pattern
4523 @item @samp{trap}
4524 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
4525 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
4526 front end to signal `invalid array index' exceptions.
4527
4528 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
4529 @item @samp{conditional_trap}
4530 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
4531 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
4532
4533 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
4534
4535 @smallexample
4536 (define_insn "conditional_trap"
4537   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
4538              [(cc0) (const_int 0)])
4539             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
4540   ""
4541   "@dots{}")
4542 @end smallexample
4543
4544 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
4545 @item @samp{prefetch}
4546
4547 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
4548 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
4549 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
4550 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
4551 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
4552 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
4553 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
4554 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
4555 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
4556
4557 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
4558 the values of operands 1 and 2.
4559
4560 @cindex @code{memory_barrier} instruction pattern
4561 @item @samp{memory_barrier}
4562
4563 If the target memory model is not fully synchronous, then this pattern
4564 should be defined to an instruction that orders both loads and stores
4565 before the instruction with respect to loads and stores after the instruction.
4566 This pattern has no operands.
4567
4568 @cindex @code{sync_compare_and_swap@var{mode}} instruction pattern
4569 @item @samp{sync_compare_and_swap@var{mode}}
4570
4571 This pattern, if defined, emits code for an atomic compare-and-swap
4572 operation.  Operand 1 is the memory on which the atomic operation is
4573 performed.  Operand 2 is the ``old'' value to be compared against the
4574 current contents of the memory location.  Operand 3 is the ``new'' value
4575 to store in the memory if the compare succeeds.  Operand 0 is the result
4576 of the operation; it should contain the contents of the memory
4577 before the operation.  If the compare succeeds, this should obviously be
4578 a copy of operand 2.
4579
4580 This pattern must show that both operand 0 and operand 1 are modified.
4581
4582 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4583 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4584 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4585 after the atomic operation.
4586
4587 @cindex @code{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}} instruction pattern
4588 @item @samp{sync_compare_and_swap_cc@var{mode}}
4589
4590 This pattern is just like @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}, except
4591 it should act as if compare part of the compare-and-swap were issued via
4592 @code{cmp@var{m}}.  This comparison will only be used with @code{EQ} and
4593 @code{NE} branches and @code{setcc} operations.
4594
4595 Some targets do expose the success or failure of the compare-and-swap
4596 operation via the status flags.  Ideally we wouldn't need a separate
4597 named pattern in order to take advantage of this, but the combine pass
4598 does not handle patterns with multiple sets, which is required by
4599 definition for @code{sync_compare_and_swap@var{mode}}.
4600
4601 @cindex @code{sync_add@var{mode}} instruction pattern
4602 @cindex @code{sync_sub@var{mode}} instruction pattern
4603 @cindex @code{sync_ior@var{mode}} instruction pattern
4604 @cindex @code{sync_and@var{mode}} instruction pattern
4605 @cindex @code{sync_xor@var{mode}} instruction pattern
4606 @cindex @code{sync_nand@var{mode}} instruction pattern
4607 @item @samp{sync_add@var{mode}}, @samp{sync_sub@var{mode}}
4608 @itemx @samp{sync_ior@var{mode}}, @samp{sync_and@var{mode}}
4609 @itemx @samp{sync_xor@var{mode}}, @samp{sync_nand@var{mode}}
4610
4611 These patterns emit code for an atomic operation on memory.
4612 Operand 0 is the memory on which the atomic operation is performed.
4613 Operand 1 is the second operand to the binary operator.
4614
4615 The ``nand'' operation is @code{~op0 & op1}.
4616
4617 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4618 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4619 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4620 after the atomic operation.
4621
4622 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4623 from a compare-and-swap operation, if defined.
4624
4625 @cindex @code{sync_old_add@var{mode}} instruction pattern
4626 @cindex @code{sync_old_sub@var{mode}} instruction pattern
4627 @cindex @code{sync_old_ior@var{mode}} instruction pattern
4628 @cindex @code{sync_old_and@var{mode}} instruction pattern
4629 @cindex @code{sync_old_xor@var{mode}} instruction pattern
4630 @cindex @code{sync_old_nand@var{mode}} instruction pattern
4631 @item @samp{sync_old_add@var{mode}}, @samp{sync_old_sub@var{mode}}
4632 @itemx @samp{sync_old_ior@var{mode}}, @samp{sync_old_and@var{mode}}
4633 @itemx @samp{sync_old_xor@var{mode}}, @samp{sync_old_nand@var{mode}}
4634
4635 These patterns are emit code for an atomic operation on memory,
4636 and return the value that the memory contained before the operation.
4637 Operand 0 is the result value, operand 1 is the memory on which the
4638 atomic operation is performed, and operand 2 is the second operand
4639 to the binary operator.
4640
4641 This pattern must issue any memory barrier instructions such that all
4642 memory operations before the atomic operation occur before the atomic
4643 operation and all memory operations after the atomic operation occur
4644 after the atomic operation.
4645
4646 If these patterns are not defined, the operation will be constructed
4647 from a compare-and-swap operation, if defined.
4648
4649 @cindex @code{sync_new_add@var{mode}} instruction pattern
4650 @cindex @code{sync_new_sub@var{mode}} instruction pattern
4651 @cindex @code{sync_new_ior@var{mode}} instruction pattern
4652 @cindex @code{sync_new_and@var{mode}} instruction pattern
4653 @cindex @code{sync_new_xor@var{mode}} instruction pattern
4654 @cindex @code{sync_new_nand@var{mode}} instruction pattern
4655 @item @samp{sync_new_add@var{mode}}, @samp{sync_new_sub@var{mode}}
4656 @itemx @samp{sync_new_ior@var{mode}}, @samp{sync_new_and@var{mode}}
4657 @itemx @samp{sync_new_xor@var{mode}}, @samp{sync_new_nand@var{mode}}
4658
4659 These patterns are like their @code{sync_old_@var{op}} counterparts,
4660 except that they return the value that exists in the memory location
4661 after the operation, rather than before the operation.
4662
4663 @cindex @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}} instruction pattern
4664 @item @samp{sync_lock_test_and_set@var{mode}}
4665
4666 This pattern takes two forms, based on the capabilities of the target.
4667 In either case, operand 0 is the result of the operand, operand 1 is
4668 the memory on which the atomic operation is performed, and operand 2
4669 is the value to set in the lock.
4670
4671 In the ideal case, this operation is an atomic exchange operation, in
4672 which the previous value in memory operand is copied into the result
4673 operand, and the value operand is stored in the memory operand.
4674
4675 For less capable targets, any value operand that is not the constant 1
4676 should be rejected with @code{FAIL}.  In this case the target may use
4677 an atomic test-and-set bit operation.  The result operand should contain
4678 1 if the bit was previously set and 0 if the bit was previously clear.
4679 The true contents of the memory operand are implementation defined.
4680
4681 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4682 pattern as a whole acts as an acquire barrier, that is all memory
4683 operations after the pattern do not occur until the lock is acquired.
4684
4685 If this pattern is not defined, the operation will be constructed from
4686 a compare-and-swap operation, if defined.
4687
4688 @cindex @code{sync_lock_release@var{mode}} instruction pattern
4689 @item @samp{sync_lock_release@var{mode}}
4690
4691 This pattern, if defined, releases a lock set by
4692 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}.  Operand 0 is the memory
4693 that contains the lock; operand 1 is the value to store in the lock.
4694
4695 If the target doesn't implement full semantics for
4696 @code{sync_lock_test_and_set@var{mode}}, any value operand which is not
4697 the constant 0 should be rejected with @code{FAIL}, and the true contents
4698 of the memory operand are implementation defined.
4699
4700 This pattern must issue any memory barrier instructions such that the
4701 pattern as a whole acts as a release barrier, that is the lock is
4702 released only after all previous memory operations have completed.
4703
4704 If this pattern is not defined, then a @code{memory_barrier} pattern
4705 will be emitted, followed by a store of the value to the memory operand.
4706
4707 @cindex @code{stack_protect_set} instruction pattern
4708 @item @samp{stack_protect_set}
4709
4710 This pattern, if defined, moves a @code{Pmode} value from the memory
4711 in operand 1 to the memory in operand 0 without leaving the value in
4712 a register afterward.  This is to avoid leaking the value some place
4713 that an attacker might use to rewrite the stack guard slot after
4714 having clobbered it.
4715
4716 If this pattern is not defined, then a plain move pattern is generated.
4717
4718 @cindex @code{stack_protect_test} instruction pattern
4719 @item @samp{stack_protect_test}
4720
4721 This pattern, if defined, compares a @code{Pmode} value from the
4722 memory in operand 1 with the memory in operand 0 without leaving the
4723 value in a register afterward and branches to operand 2 if the values
4724 weren't equal.
4725
4726 If this pattern is not defined, then a plain compare pattern and
4727 conditional branch pattern is used.
4728
4729 @end table
4730
4731 @end ifset
4732 @c Each of the following nodes are wrapped in separate
4733 @c "@ifset INTERNALS" to work around memory limits for the default
4734 @c configuration in older tetex distributions.  Known to not work:
4735 @c tetex-1.0.7, known to work: tetex-2.0.2.
4736 @ifset INTERNALS
4737 @node Pattern Ordering
4738 @section When the Order of Patterns Matters
4739 @cindex Pattern Ordering
4740 @cindex Ordering of Patterns
4741
4742 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
4743 pattern that appears first in the machine description is the one used.
4744 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
4745 and faster instructions (those that will produce better code when they
4746 do match) should usually go first in the description.
4747
4748 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
4749 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
4750 instruction for converting a fullword to floating point and another
4751 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
4752 an integer to floating point could match either one.  We put the
4753 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
4754 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
4755 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
4756 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
4757 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
4758 constant value.
4759
4760 @end ifset
4761 @ifset INTERNALS
4762 @node Dependent Patterns
4763 @section Interdependence of Patterns
4764 @cindex Dependent Patterns
4765 @cindex Interdependence of Patterns
4766
4767 Every machine description must have a named pattern for each of the
4768 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
4769 must always have the form
4770
4771 @smallexample
4772 (set (pc)
4773      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4774                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
4775                    (pc)))
4776 @end smallexample
4777
4778 @noindent
4779 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
4780 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
4781 look like
4782
4783 @smallexample
4784 (set (pc)
4785      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
4786                    (pc)
4787                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
4788 @end smallexample
4789
4790 @noindent
4791 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
4792 branches into reverse-conditional branches.
4793
4794 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
4795 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
4796 example,
4797
4798 @smallexample
4799 (define_insn ""
4800   [(set (pc)
4801         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
4802                                       [(cc0) (const_int 0)])
4803                       (pc)
4804                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
4805   "@var{condition}"
4806   "@dots{}")
4807 @end smallexample
4808
4809 In some cases machines support instructions identical except for the
4810 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
4811 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
4812 patterns are
4813
4814 @smallexample
4815 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4816      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
4817
4818 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
4819      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
4820 @end smallexample
4821
4822 @noindent
4823 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
4824 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
4825 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
4826 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
4827 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
4828 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
4829
4830 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
4831 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
4832 compilations.
4833
4834 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
4835 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
4836 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
4837 you should not provide separate patterns for increment and decrement
4838 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
4839 that supports register-register add insns by examining the operands and
4840 generating the appropriate machine instruction.
4841
4842 @end ifset
4843 @ifset INTERNALS
4844 @node Jump Patterns
4845 @section Defining Jump Instruction Patterns
4846 @cindex jump instruction patterns
4847 @cindex defining jump instruction patterns
4848
4849 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
4850 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
4851 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
4852 insn tests the condition code and branches or not according its value.
4853 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
4854 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
4855 way.
4856
4857 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
4858 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
4859 these machines is to treat them just like the others until the final stage
4860 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
4861 compare instruction, peek ahead at the following branch using
4862 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
4863 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
4864 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
4865 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
4866 can treat signed and unsigned branches identically.
4867
4868 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
4869 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
4870 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
4871 until the end.
4872
4873 To go with this technique, you must define the machine-description macro
4874 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
4875 compare instruction is superfluous.
4876
4877 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
4878 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
4879 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
4880 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
4881 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
4882
4883 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
4884 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
4885 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
4886 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
4887 above in addition to any special patterns you define.
4888
4889 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
4890 code and there may not even be a separate condition code register.  On
4891 these machines, the restriction that the definition and use of the
4892 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
4893 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
4894 delay for taken branches unless the condition code register is set three
4895 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
4896 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
4897 separate the definition and use of the condition code register.
4898
4899 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
4900 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
4901 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
4902 comparison result can be placed in any general register, or if there are
4903 multiple condition registers, use a pseudo register.
4904
4905 @findex prev_cc0_setter
4906 @findex next_cc0_user
4907 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
4908 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
4909 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
4910 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
4911 instruction does, so a different branch instruction must be used for
4912 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
4913 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
4914 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
4915 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
4916 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
4917 and @code{next_cc0_user}.
4918
4919 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
4920 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
4921 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
4922 we use the machine mode of the condition code register to record
4923 different formats of the condition code register.
4924
4925 Registers used to store the condition code value should have a mode that
4926 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
4927 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
4928 the SPARC), define them in @file{@var{machine}-modes.def}
4929 (@pxref{Condition Code}).  Also define @code{SELECT_CC_MODE} to choose
4930 a mode given an operand of a compare.
4931
4932 If it is known during RTL generation that a different mode will be
4933 required (for example, if the machine has separate compare instructions
4934 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
4935 be specified at that time.
4936
4937 If the cases that require different modes would be made by instruction
4938 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
4939 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
4940 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
4941 discussed above, we have the pattern
4942
4943 @smallexample
4944 (define_insn ""
4945   [(set (reg:CC_NOOV 0)
4946         (compare:CC_NOOV
4947           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
4948                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
4949           (const_int 0)))]
4950   ""
4951   "@dots{}")
4952 @end smallexample
4953
4954 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
4955 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
4956
4957 @end ifset
4958 @ifset INTERNALS
4959 @node Looping Patterns
4960 @section Defining Looping Instruction Patterns
4961 @cindex looping instruction patterns
4962 @cindex defining looping instruction patterns
4963
4964 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
4965 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
4966 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
4967 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
4968 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
4969 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
4970 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
4971 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
4972 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
4973 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
4974 the jump.
4975
4976 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
4977 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
4978 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
4979 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
4980 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
4981 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
4982 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
4983 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
4984 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
4985 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
4986 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
4987 following for its @code{dbra} instruction:
4988
4989 @smallexample
4990 @group
4991 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
4992   [(set (pc)
4993         (if_then_else
4994           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
4995                        (const_int -1))
4996               (const_int 0))
4997           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
4998           (pc)))
4999    (set (match_dup 0)
5000         (plus:SI (match_dup 0)
5001                  (const_int -1)))]
5002   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5003   "@dots{}")
5004 @end group
5005 @end smallexample
5006
5007 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
5008 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
5009 since this insn is generated by the instruction combination phase
5010 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
5011 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
5012 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
5013 pattern will not be matched by the combiner.
5014
5015 @smallexample
5016 @group
5017 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
5018   [(set (pc)
5019         (if_then_else
5020           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
5021               (const_int 1))
5022           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
5023           (pc)))
5024    (set (match_dup 0)
5025         (plus:SI (match_dup 0)
5026                  (const_int -1)))]
5027   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
5028   "@dots{}")
5029 @end group
5030 @end smallexample
5031
5032 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
5033 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
5034 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
5035 information collected during strength reduction.
5036
5037 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
5038 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
5039 is an optional companion pattern that can be used for initialization
5040 needed for some low-overhead looping instructions.
5041
5042 Note that some machines require the actual looping instruction to be
5043 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
5044 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
5045 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
5046 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
5047 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
5048 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
5049 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
5050 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
5051 desired special iteration counter register was not allocated, this
5052 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
5053 instruction pair.
5054
5055 The essential difference between the
5056 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
5057 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
5058 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
5059 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
5060 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
5061 may become redundant and removed by the flow pass.
5062
5063
5064 @end ifset
5065 @ifset INTERNALS
5066 @node Insn Canonicalizations
5067 @section Canonicalization of Instructions
5068 @cindex canonicalization of instructions
5069 @cindex insn canonicalization
5070
5071 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
5072 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
5073 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
5074 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
5075 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
5076 number of insn patterns required.
5077
5078 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
5079 are performed:
5080
5081 @itemize @bullet
5082 @item
5083 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
5084 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
5085 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
5086 be supplied.
5087
5088 @item
5089 For associative operators, a sequence of operators will always chain
5090 to the left; for instance, only the left operand of an integer @code{plus}
5091 can itself be a @code{plus}.  @code{and}, @code{ior}, @code{xor},
5092 @code{plus}, @code{mult}, @code{smin}, @code{smax}, @code{umin}, and
5093 @code{umax} are associative when applied to integers, and sometimes to
5094 floating-point.
5095
5096 @item
5097 @cindex @code{neg}, canonicalization of
5098 @cindex @code{not}, canonicalization of
5099 @cindex @code{mult}, canonicalization of
5100 @cindex @code{plus}, canonicalization of
5101 @cindex @code{minus}, canonicalization of
5102 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
5103 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
5104 first operand.
5105
5106 @item
5107 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
5108 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
5109 the operations as far as possible.  For instance,
5110 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
5111 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
5112 @code{(minus A (mult B C))}.
5113
5114 @cindex @code{compare}, canonicalization of
5115 @item
5116 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
5117 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
5118 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
5119 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
5120 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
5121 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
5122 such an instruction.
5123
5124 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
5125 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
5126 above.
5127
5128 @item
5129 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
5130 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
5131
5132 @item
5133 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
5134 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
5135
5136 @cindex @code{ior}, canonicalization of
5137 @cindex @code{and}, canonicalization of
5138 @cindex De Morgan's law
5139 @item
5140 De Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
5141 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
5142 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
5143
5144 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
5145 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
5146 for that instruction as
5147
5148 @smallexample
5149 (define_insn ""
5150   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5151         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5152                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
5153   "@dots{}"
5154   "@dots{}")
5155 @end smallexample
5156
5157 @noindent
5158 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
5159
5160 @smallexample
5161 (define_insn ""
5162   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
5163         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
5164                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
5165   "@dots{}"
5166   "@dots{}")
5167 @end smallexample
5168
5169 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
5170 logically equivalent RTL expressions.
5171
5172 @cindex @code{xor}, canonicalization of
5173 @item
5174 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
5175 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
5176 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
5177
5178 @item
5179 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
5180 the form
5181
5182 @smallexample
5183 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
5184 @end smallexample
5185
5186 @item
5187 On machines that do not use @code{cc0},
5188 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
5189 @var{x}.
5190
5191 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
5192 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
5193 @item
5194 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
5195 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
5196 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
5197
5198 @end itemize
5199
5200 Further canonicalization rules are defined in the function
5201 @code{commutative_operand_precedence} in @file{gcc/rtlanal.c}.
5202
5203 @end ifset
5204 @ifset INTERNALS
5205 @node Expander Definitions
5206 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
5207 @cindex expander definitions
5208 @cindex code generation RTL sequences
5209 @cindex defining RTL sequences for code generation
5210
5211 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
5212 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
5213 represent them.  For these target machines, you can write a
5214 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
5215
5216 @findex define_expand
5217 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
5218 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
5219 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
5220
5221 A @code{define_expand} RTX has four operands:
5222
5223 @itemize @bullet
5224 @item
5225 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
5226 use for it is to refer to it by name.
5227
5228 @item
5229 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
5230 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
5231 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
5232
5233 @item
5234 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
5235 used to express how the availability of this pattern depends on
5236 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
5237 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
5238 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
5239 depend on the data in the insn being matched, but only the
5240 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
5241 during initialization in order to learn exactly which named instructions
5242 are available in a particular run.
5243
5244 @item
5245 The preparation statements, a string containing zero or more C
5246 statements which are to be executed before RTL code is generated from
5247 the RTL template.
5248
5249 Usually these statements prepare temporary registers for use as
5250 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
5251 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
5252 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
5253 @end itemize
5254
5255 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
5256 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
5257 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
5258 it.
5259
5260 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
5261 also describes the operands that need to be specified when this pattern
5262 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
5263
5264 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
5265 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
5266 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
5267 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
5268 information to preload the operand into a register if that is required for
5269 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
5270 references should use @code{match_dup}.
5271
5272 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
5273 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
5274 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
5275 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
5276 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
5277 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
5278 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
5279 compute the values and store them into the appropriate elements of
5280 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
5281
5282 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
5283 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
5284 as a statement.
5285
5286 @table @code
5287
5288 @findex DONE
5289 @item DONE
5290 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
5291 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
5292 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
5293 preparation statements; the RTL template will not be generated.
5294
5295 @findex FAIL
5296 @item FAIL
5297 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
5298 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
5299 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
5300
5301 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
5302 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
5303 operations.
5304 @end table
5305
5306 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
5307 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
5308 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
5309 insn.
5310
5311 The RTL template is not used for matching, only for generating the
5312 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
5313 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
5314 list of operands, such as this example:
5315
5316 @smallexample
5317 @group
5318 (define_expand "addsi3"
5319   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5320    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5321    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
5322 @end group
5323 @group
5324   ""
5325   "
5326 @{
5327   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
5328   DONE;
5329 @}")
5330 @end group
5331 @end smallexample
5332
5333 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
5334
5335 @smallexample
5336 @group
5337 (define_expand "ashlsi3"
5338   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5339         (ashift:SI
5340 @end group
5341 @group
5342           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
5343           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
5344   ""
5345   "
5346 @end group
5347 @end smallexample
5348
5349 @smallexample
5350 @group
5351 @{
5352   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
5353       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
5354     FAIL;
5355 @}")
5356 @end group
5357 @end smallexample
5358
5359 @noindent
5360 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
5361 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
5362 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
5363 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
5364 library call).
5365
5366 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
5367 patterns with names, then it would be possible to use a
5368 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
5369 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
5370
5371 @smallexample
5372 (define_expand "zero_extendhisi2"
5373   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
5374         (const_int 0))
5375    (set (strict_low_part
5376           (subreg:HI
5377             (match_dup 0)
5378             0))
5379         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
5380   ""
5381   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
5382 @end smallexample
5383
5384 @noindent
5385 @findex make_safe_from
5386 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
5387 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
5388 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
5389 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
5390 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
5391 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
5392 by emitting another RTL insn.
5393
5394 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
5395 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
5396 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
5397 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
5398 on this machine.  So it must be copied into a register with
5399 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
5400
5401 @smallexample
5402 (define_expand "zero_extendhisi2"
5403   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
5404         (and:SI (subreg:SI
5405                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
5406                   0)
5407                 (match_dup 2)))]
5408   ""
5409   "operands[2]
5410      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
5411 @end smallexample
5412
5413 @emph{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
5414 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
5415 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
5416 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
5417 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
5418 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
5419 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
5420 in the compiler.
5421
5422 @end ifset
5423 @ifset INTERNALS
5424 @node Insn Splitting
5425 @section Defining How to Split Instructions
5426 @cindex insn splitting
5427 @cindex instruction splitting
5428 @cindex splitting instructions
5429
5430 There are two cases where you should specify how to split a pattern
5431 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
5432 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
5433 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
5434 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
5435 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
5436 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
5437 cannot be placed into a delay slot.
5438
5439 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
5440 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
5441 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
5442 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
5443 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
5444 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
5445 scheduling.
5446
5447 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
5448 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
5449 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
5450 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
5451 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
5452 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
5453 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
5454 split the addition into two insns is machine-dependent.
5455
5456 @findex define_split
5457 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
5458 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
5459
5460 @smallexample
5461 (define_split
5462   [@var{insn-pattern}]
5463   "@var{condition}"
5464   [@var{new-insn-pattern-1}
5465    @var{new-insn-pattern-2}
5466    @dots{}]
5467   "@var{preparation-statements}")
5468 @end smallexample
5469
5470 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
5471 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
5472 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
5473 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
5474 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
5475 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
5476
5477 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
5478 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
5479 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
5480 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
5481 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
5482 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
5483 must not allocate any space in the stack frame.
5484
5485 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
5486 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
5487 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
5488 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
5489 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
5490 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
5491 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
5492 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
5493 of those definitions.
5494
5495 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
5496 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
5497 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
5498
5499 @smallexample
5500 (define_split
5501   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5502         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
5503   ""
5504   [(set (match_dup 0)
5505         (ashift:SI (match_dup 1)
5506                    (const_int 16)))
5507    (set (match_dup 0)
5508         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
5509                      (const_int 16)))]
5510   "
5511 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
5512 @end smallexample
5513
5514 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
5515 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
5516 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
5517 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
5518 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
5519 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
5520 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
5521 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
5522 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
5523 @code{define_split} that will never produce insns that match).
5524
5525 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
5526 @file{rs6000.md}:
5527
5528 @smallexample
5529 (define_split
5530   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
5531         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5532                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
5533   ""
5534   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
5535    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
5536 "
5537 @{
5538   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
5539   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
5540
5541   if (low & 0x8000)
5542     high++, low |= 0xffff0000;
5543
5544   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
5545   operands[4] = GEN_INT (low);
5546 @}")
5547 @end smallexample
5548
5549 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
5550 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
5551 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
5552 can be substituted into the address of a subsequent operation.
5553
5554 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
5555 an equality comparison of a register and a large constant:
5556
5557 @smallexample
5558 (define_split
5559   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
5560         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
5561                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
5562    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
5563   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
5564    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
5565        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
5566   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
5567    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
5568   "
5569 @{
5570   /* @r{Get the constant we are comparing against, C, and see what it
5571      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
5572      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.}  */
5573
5574   int c = INTVAL (operands[2]);
5575   int sextc = (c << 16) >> 16;
5576   int xorv = c ^ sextc;
5577
5578   operands[4] = GEN_INT (xorv);
5579   operands[5] = GEN_INT (sextc);
5580 @}")
5581 @end smallexample
5582
5583 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
5584 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
5585 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
5586 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
5587 are not valid.
5588
5589 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
5590 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
5591 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
5592 several restriction apply.
5593
5594 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
5595 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
5596 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
5597 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
5598 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
5599 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump.  A global variable
5600 @code{split_branch_probability} holds the probability of the original branch in case
5601 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
5602 recomputing of edge frequencies, the new sequence is required to have only
5603 forward jumps to the newly created labels.
5604
5605 @findex define_insn_and_split
5606 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
5607 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
5608 this:
5609
5610 @smallexample
5611 (define_insn_and_split
5612   [@var{insn-pattern}]
5613   "@var{condition}"
5614   "@var{output-template}"
5615   "@var{split-condition}"
5616   [@var{new-insn-pattern-1}
5617    @var{new-insn-pattern-2}
5618    @dots{}]
5619   "@var{preparation-statements}"
5620   [@var{insn-attributes}])
5621
5622 @end smallexample
5623
5624 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
5625 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
5626 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
5627 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
5628 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
5629 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
5630 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
5631 from i386.md:
5632
5633 @smallexample
5634 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
5635   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
5636      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
5637    (clobber (reg:CC 17))]
5638   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
5639   "#"
5640   "&& reload_completed"
5641   [(parallel [(set (match_dup 0)
5642                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
5643               (clobber (reg:CC 17))])]
5644   ""
5645   [(set_attr "type" "alu1")])
5646
5647 @end smallexample
5648
5649 In this case, the actual split condition will be
5650 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
5651
5652 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
5653 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
5654 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
5655 having to ensure the two patterns' templates match.
5656
5657 @end ifset
5658 @ifset INTERNALS
5659 @node Including Patterns
5660 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
5661 @cindex insn includes
5662
5663 @findex include
5664 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
5665 look for patterns that are in files other than in the file
5666 @file{.md}.  This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
5667
5668 It looks like:
5669
5670 @smallexample
5671
5672 (include
5673   @var{pathname})
5674 @end smallexample
5675
5676 For example:
5677
5678 @smallexample
5679
5680 (include "filestuff")
5681
5682 @end smallexample
5683
5684 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
5685 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}.  The
5686 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
5687
5688
5689 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
5690 and placed into subdirectories.
5691
5692 By specifying:
5693
5694 @smallexample
5695
5696 (include "BOGUS/filestuff")
5697
5698 @end smallexample
5699
5700 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
5701
5702 Specifying an absolute path for the include file such as;
5703 @smallexample
5704
5705 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
5706
5707 @end smallexample
5708 is permitted but is not encouraged.
5709
5710 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
5711 @cindex directory options .md
5712 @cindex options, directory search
5713 @cindex search options
5714
5715 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
5716 For example:
5717
5718 @smallexample
5719
5720 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
5721
5722 @end smallexample
5723
5724
5725 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
5726 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
5727 file, substituting your own version, since these directories are
5728 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
5729 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
5730 order; the standard default directory come after.
5731
5732
5733 @end ifset
5734 @ifset INTERNALS
5735 @node Peephole Definitions
5736 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
5737 @cindex peephole optimizer definitions
5738 @cindex defining peephole optimizers
5739
5740 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
5741 definitions of machine-specific peephole optimizations.
5742
5743 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
5744 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
5745 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
5746 though the second one does not appear to use a register computed in the
5747 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
5748 opportunities.
5749
5750 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
5751 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
5752 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
5753 is deprecated.
5754
5755 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
5756 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
5757 but before scheduling, which may result in much better code for
5758 targets that do scheduling.
5759
5760 @menu
5761 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
5762 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
5763 @end menu
5764
5765 @end ifset
5766 @ifset INTERNALS
5767 @node define_peephole
5768 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
5769 @findex define_peephole
5770
5771 @need 1000
5772 A definition looks like this:
5773
5774 @smallexample
5775 (define_peephole
5776   [@var{insn-pattern-1}
5777    @var{insn-pattern-2}
5778    @dots{}]
5779   "@var{condition}"
5780   "@var{template}"
5781   "@var{optional-insn-attributes}")
5782 @end smallexample
5783
5784 @noindent
5785 The last string operand may be omitted if you are not using any
5786 machine-specific information in this machine description.  If present,
5787 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
5788
5789 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
5790 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
5791 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
5792 the next, and so on.
5793
5794 Each of the insns matched by a peephole must also match a
5795 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
5796 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
5797 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
5798 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
5799 stages.
5800
5801 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
5802 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
5803 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
5804 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
5805 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
5806 other.
5807
5808 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
5809 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
5810 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
5811 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
5812 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
5813
5814 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
5815 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
5816 previously tested.
5817
5818 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
5819 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
5820 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
5821 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
5822 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
5823 patterns.
5824
5825 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
5826 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
5827 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
5828 the operands.
5829
5830 @findex prev_active_insn
5831 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
5832 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
5833 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
5834 to refer to the last of the insns being matched; use
5835 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
5836
5837 @findex dead_or_set_p
5838 When optimizing computations with intermediate results, you can use
5839 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
5840 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
5841 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
5842 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
5843 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
5844 value (from @code{operands[@var{i}]}).
5845
5846 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
5847 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
5848 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
5849 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
5850 used in matching the original sequence of insns.
5851
5852 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
5853 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
5854 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
5855 as the insn pattern to control how the insn is output.
5856
5857 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
5858 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
5859
5860 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
5861
5862 @smallexample
5863 (define_peephole
5864   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
5865    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
5866         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
5867   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
5868 @{
5869   rtx xoperands[2];
5870   xoperands[1] = gen_rtx_REG (SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
5871 #ifdef MOTOROLA
5872   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
5873   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
5874   return "fmove.d (sp)+,%0";
5875 #else
5876   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
5877   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
5878   return "fmoved sp@@+,%0";
5879 #endif
5880 @})
5881 @end smallexample
5882
5883 @need 1000
5884 The effect of this optimization is to change
5885
5886 @smallexample
5887 @group
5888 jbsr _foobar
5889 addql #4,sp
5890 movel d1,sp@@-
5891 movel d0,sp@@-
5892 fmoved sp@@+,fp0
5893 @end group
5894 @end smallexample
5895
5896 @noindent
5897 into
5898
5899 @smallexample
5900 @group
5901 jbsr _foobar
5902 movel d1,sp@@
5903 movel d0,sp@@-
5904 fmoved sp@@+,fp0
5905 @end group
5906 @end smallexample
5907
5908 @ignore
5909 @findex CC_REVERSED
5910 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
5911 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
5912 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
5913 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
5914 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
5915 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
5916 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
5917 and in this C code check the condition code status flags and change the
5918 assembler code as appropriate.
5919 @end ignore
5920
5921 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
5922 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
5923 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
5924 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
5925 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
5926 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
5927 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
5928 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
5929 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
5930
5931 @smallexample
5932 (define_insn "divmodsi4"
5933   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5934         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5935                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5936    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5937         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
5938   "TARGET_68020"
5939   "divsl%.l %2,%3:%0")
5940 @end smallexample
5941
5942 @noindent
5943 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
5944
5945 @smallexample
5946 (define_peephole
5947   [@dots{}
5948    (parallel
5949     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
5950           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
5951                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
5952      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
5953           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
5954    @dots{}]
5955   @dots{})
5956 @end smallexample
5957
5958 @end ifset
5959 @ifset INTERNALS
5960 @node define_peephole2
5961 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
5962 @findex define_peephole2
5963
5964 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
5965 substitute one sequence of instructions for another sequence,
5966 what additional scratch registers may be needed and what their
5967 lifetimes must be.
5968
5969 @smallexample
5970 (define_peephole2
5971   [@var{insn-pattern-1}
5972    @var{insn-pattern-2}
5973    @dots{}]
5974   "@var{condition}"
5975   [@var{new-insn-pattern-1}
5976    @var{new-insn-pattern-2}
5977    @dots{}]
5978   "@var{preparation-statements}")
5979 @end smallexample
5980
5981 The definition is almost identical to @code{define_split}
5982 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
5983 single instruction, but a sequence of instructions.
5984
5985 It is possible to request additional scratch registers for use in the
5986 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
5987 will simply not match.
5988
5989 @findex match_scratch
5990 @findex match_dup
5991 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
5992 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
5993 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
5994 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
5995 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
5996 at which the register must be available.
5997
5998 Here is an example from the IA-32 machine description:
5999
6000 @smallexample
6001 (define_peephole2
6002   [(match_scratch:SI 2 "r")
6003    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
6004                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
6005                      [(match_dup 0)
6006                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
6007               (clobber (reg:CC 17))])]
6008   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
6009   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
6010    (parallel [(set (match_dup 0)
6011                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
6012               (clobber (reg:CC 17))])]
6013   "")
6014 @end smallexample
6015
6016 @noindent
6017 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
6018 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
6019 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
6020 to be live only at the point just before the arithmetic.
6021
6022 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
6023 so here's a silly made-up example:
6024
6025 @smallexample
6026 (define_peephole2
6027   [(match_scratch:SI 4 "r")
6028    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
6029    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
6030    (match_dup 4)
6031    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
6032   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
6033   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
6034    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
6035    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
6036    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
6037   "")
6038 @end smallexample
6039
6040 @noindent
6041 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
6042 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
6043 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
6044
6045 @end ifset
6046 @ifset INTERNALS
6047 @node Insn Attributes
6048 @section Instruction Attributes
6049 @cindex insn attributes
6050 @cindex instruction attributes
6051
6052 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
6053 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
6054 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
6055 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
6056 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
6057 to track the condition codes.
6058
6059 @menu
6060 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
6061 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
6062 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
6063 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
6064 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
6065 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
6066 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
6067 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
6068 @end menu
6069
6070 @end ifset
6071 @ifset INTERNALS
6072 @node Defining Attributes
6073 @subsection Defining Attributes and their Values
6074 @cindex defining attributes and their values
6075 @cindex attributes, defining
6076
6077 @findex define_attr
6078 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
6079 by the target machine.  It looks like:
6080
6081 @smallexample
6082 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
6083 @end smallexample
6084
6085 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
6086
6087 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
6088 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
6089 indicate that the attribute takes numeric values.
6090
6091 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
6092 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
6093 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
6094 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
6095 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
6096
6097 @findex insn-attr.h
6098 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
6099 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
6100 specified for an attribute, the following are defined:
6101
6102 @itemize @bullet
6103 @item
6104 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
6105
6106 @item
6107 An enumerated class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
6108 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
6109 the attribute name and value are first converted to uppercase.
6110
6111 @item
6112 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
6113 returns the attribute value for that insn.
6114 @end itemize
6115
6116 For example, if the following is present in the @file{md} file:
6117
6118 @smallexample
6119 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
6120 @end smallexample
6121
6122 @noindent
6123 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
6124
6125 @smallexample
6126 #define HAVE_ATTR_type
6127 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
6128                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
6129 extern enum attr_type get_attr_type ();
6130 @end smallexample
6131
6132 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
6133 defined and the function to obtain the attribute's value will return
6134 @code{int}.
6135
6136 @end ifset
6137 @ifset INTERNALS
6138 @node Expressions
6139 @subsection Attribute Expressions
6140 @cindex attribute expressions
6141
6142 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
6143 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
6144 Attribute value expressions must have one of the following forms:
6145
6146 @table @code
6147 @cindex @code{const_int} and attributes
6148 @item (const_int @var{i})
6149 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
6150 must be non-negative.
6151
6152 The value of a numeric attribute can be specified either with a
6153 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
6154 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
6155 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
6156 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
6157
6158 @cindex @code{const_string} and attributes
6159 @item (const_string @var{value})
6160 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
6161 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
6162 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
6163 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
6164 of a @code{define_attr}.
6165
6166 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
6167 must be a string containing a non-negative integer (normally
6168 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
6169 contain one of the valid values for the attribute.
6170
6171 @cindex @code{if_then_else} and attributes
6172 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
6173 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
6174 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
6175 otherwise it is @var{false-value}.
6176
6177 @cindex @code{cond} and attributes
6178 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
6179 The first operand of this expression is a vector containing an even
6180 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
6181 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
6182 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
6183 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
6184 expression is that of the @var{default} expression.
6185 @end table
6186
6187 @var{test} expressions can have one of the following forms:
6188
6189 @table @code
6190 @cindex @code{const_int} and attribute tests
6191 @item (const_int @var{i})
6192 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
6193
6194 @cindex @code{not} and attributes
6195 @cindex @code{ior} and attributes
6196 @cindex @code{and} and attributes
6197 @item (not @var{test})
6198 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
6199 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
6200 These tests are true if the indicated logical function is true.
6201
6202 @cindex @code{match_operand} and attributes
6203 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
6204 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
6205 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
6206 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
6207 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
6208 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
6209 string).
6210
6211 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
6212
6213 @cindex @code{le} and attributes
6214 @cindex @code{leu} and attributes
6215 @cindex @code{lt} and attributes
6216 @cindex @code{gt} and attributes
6217 @cindex @code{gtu} and attributes
6218 @cindex @code{ge} and attributes
6219 @cindex @code{geu} and attributes
6220 @cindex @code{ne} and attributes
6221 @cindex @code{eq} and attributes
6222 @cindex @code{plus} and attributes
6223 @cindex @code{minus} and attributes
6224 @cindex @code{mult} and attributes
6225 @cindex @code{div} and attributes
6226 @cindex @code{mod} and attributes
6227 @cindex @code{abs} and attributes
6228 @cindex @code{neg} and attributes
6229 @cindex @code{ashift} and attributes
6230 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
6231 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
6232 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
6233 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
6234 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
6235 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
6236 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
6237 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
6238 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
6239 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
6240 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
6241 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
6242 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
6243 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
6244 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
6245 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
6246 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
6247
6248 @findex get_attr
6249 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
6250 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
6251 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
6252 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
6253 variable.
6254
6255 @findex eq_attr
6256 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
6257 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
6258
6259 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
6260 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
6261 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
6262 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
6263 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
6264 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
6265 @emph{not} in the specified list.
6266
6267 For example,
6268
6269 @smallexample
6270 (eq_attr "type" "load,store")
6271 @end smallexample
6272
6273 @noindent
6274 is equivalent to
6275
6276 @smallexample
6277 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
6278 @end smallexample
6279
6280 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
6281 value of the compiler variable @code{which_alternative}
6282 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
6283 example,
6284
6285 @smallexample
6286 (eq_attr "alternative" "2,3")
6287 @end smallexample
6288
6289 @noindent
6290 is equivalent to
6291
6292 @smallexample
6293 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
6294      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
6295 @end smallexample
6296
6297 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
6298 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
6299 a particular pattern.  This is by far the most common case.
6300
6301 @findex attr_flag
6302 @item (attr_flag @var{name})
6303 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
6304 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
6305 scheduled.
6306
6307 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
6308 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
6309 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
6310 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
6311 if a conditional branch is expected to be taken.
6312
6313 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
6314 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
6315
6316 This example describes a conditional branch delay slot which
6317 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
6318 for backward branches which are not taken (annul-false).
6319
6320 @smallexample
6321 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
6322   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
6323    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6324         (attr_flag "forward"))
6325    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
6326         (attr_flag "backward"))])
6327 @end smallexample
6328
6329 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
6330 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6331
6332 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
6333 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6334 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
6335 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
6336
6337 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
6338 meaning to other passes of the compiler.
6339
6340 @findex attr
6341 @item (attr @var{name})
6342 The value of another attribute is returned.  This is most useful
6343 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
6344 produce more efficient code for non-numeric attributes.
6345 @end table
6346
6347 @end ifset
6348 @ifset INTERNALS
6349 @node Tagging Insns
6350 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
6351 @cindex tagging insns
6352 @cindex assigning attribute values to insns
6353
6354 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
6355 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
6356 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
6357 have an optional last argument to specify the values of attributes for
6358 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
6359 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
6360 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
6361 permits the specification of the values for only one or two attributes
6362 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
6363 next section.
6364
6365 The optional last argument of @code{define_insn} and
6366 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
6367 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
6368 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
6369 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
6370 second operand of the @code{set} is an attribute expression
6371 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
6372
6373 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
6374 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
6375 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
6376 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
6377 each alternative.
6378
6379 @findex set_attr
6380 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
6381 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
6382 specifying a string giving either a single attribute value or a list
6383 of attribute values, one for each alternative.
6384
6385 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
6386 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
6387
6388 @table @code
6389 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
6390 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
6391 or a string containing a comma-separated list giving the values for
6392 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
6393 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
6394
6395 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
6396 which case the attribute will assume its default value for insns matching
6397 that alternative.
6398
6399 @findex set_attr_alternative
6400 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
6401 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
6402 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
6403 tests on the @samp{alternative} attribute.
6404
6405 @findex attr
6406 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
6407 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
6408 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
6409 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
6410 @end table
6411
6412 The following shows three different ways of representing the same
6413 attribute value specification:
6414
6415 @smallexample
6416 (set_attr "type" "load,store,arith")
6417
6418 (set_attr_alternative "type"
6419                       [(const_string "load") (const_string "store")
6420                        (const_string "arith")])
6421
6422 (set (attr "type")
6423      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
6424             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
6425            (const_string "arith")))
6426 @end smallexample
6427
6428 @need 1000
6429 @findex define_asm_attributes
6430 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
6431 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
6432 statement.  It has the form:
6433
6434 @smallexample
6435 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
6436 @end smallexample
6437
6438 @noindent
6439 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
6440 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
6441
6442 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
6443 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
6444
6445 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
6446 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
6447 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
6448 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
6449 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
6450 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
6451 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
6452 of a single machine instruction.
6453
6454 @end ifset
6455 @ifset INTERNALS
6456 @node Attr Example
6457 @subsection Example of Attribute Specifications
6458 @cindex attribute specifications example
6459 @cindex attribute specifications
6460
6461 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
6462 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
6463 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
6464 value.  This attribute is normally used only to define the default value
6465 for other attributes.  An example will clarify this usage.
6466
6467 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
6468 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
6469 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
6470 operations, floating point operations, and branches.
6471
6472 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
6473 the condition code and will limit ourselves to the following possible
6474 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
6475 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
6476 changed if the item previously set into the condition code has been
6477 modified.
6478
6479 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
6480
6481 @smallexample
6482 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
6483
6484 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
6485              (cond [(eq_attr "type" "load")
6486                         (const_string "change0")
6487                     (eq_attr "type" "store,branch")
6488                         (const_string "unchanged")
6489                     (eq_attr "type" "arith")
6490                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
6491                                       (const_string "set")
6492                                       (const_string "clobber"))]
6493                    (const_string "clobber")))
6494
6495 (define_insn ""
6496   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
6497         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
6498   ""
6499   "@@
6500    move %0,%1
6501    load %0,%1
6502    store %0,%1"
6503   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
6504 @end smallexample
6505
6506 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
6507 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
6508 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
6509 full-word result.
6510
6511 @end ifset
6512 @ifset INTERNALS
6513 @node Insn Lengths
6514 @subsection Computing the Length of an Insn
6515 @cindex insn lengths, computing
6516 @cindex computing the length of an insn
6517
6518 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
6519 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
6520 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
6521 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @code{length}
6522 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
6523 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
6524
6525 In the case of the @code{length} attribute, two additional forms of
6526 arithmetic terms are allowed in test expressions:
6527
6528 @table @code
6529 @cindex @code{match_dup} and attributes
6530 @item (match_dup @var{n})
6531 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
6532 must be a @code{label_ref}.
6533
6534 @cindex @code{pc} and attributes
6535 @item (pc)
6536 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
6537 been more consistent with other usage to make this the address of the
6538 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
6539 current insn is to be computed.
6540 @end table
6541
6542 @cindex @code{addr_vec}, length of
6543 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
6544 For normal insns, the length will be determined by value of the
6545 @code{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
6546 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
6547 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
6548
6549 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
6550
6551 The following macros can be used to refine the length computation:
6552
6553 @table @code
6554 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
6555 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
6556 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
6557 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
6558 that contains the initially computed length of the insn and should be
6559 updated with the correct length of the insn.
6560
6561 This macro will normally not be required.  A case in which it is
6562 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
6563 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
6564 may be required.
6565 @end table
6566
6567 @findex get_attr_length
6568 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
6569 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
6570 determine the form of the branch instruction to be written, as the
6571 example below illustrates.
6572
6573 As an example of the specification of variable-length branches, consider
6574 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
6575 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
6576 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
6577 sequence to load the address from memory and then branch to it.
6578
6579 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
6580 as follows:
6581
6582 @smallexample
6583 (define_insn "jump"
6584   [(set (pc)
6585         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
6586   ""
6587 @{
6588    return (get_attr_length (insn) == 4
6589            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
6590 @}
6591   [(set (attr "length")
6592         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
6593                       (const_int 4)
6594                       (const_int 6)))])
6595 @end smallexample
6596
6597 @end ifset
6598 @ifset INTERNALS
6599 @node Constant Attributes
6600 @subsection Constant Attributes
6601 @cindex constant attributes
6602
6603 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
6604 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
6605 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
6606 used to specify which variety of processor is used.  For example,
6607
6608 @smallexample
6609 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
6610  (const
6611   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
6612          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
6613         (const_string "m88000"))))
6614
6615 (define_attr "memory" "fast,slow"
6616  (const
6617   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
6618                 (const_string "fast")
6619                 (const_string "slow"))))
6620 @end smallexample
6621
6622 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
6623 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
6624 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
6625 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
6626 forms involving insn attributes.
6627
6628 @end ifset
6629 @ifset INTERNALS
6630 @node Delay Slots
6631 @subsection Delay Slot Scheduling
6632 @cindex delay slots, defining
6633
6634 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
6635 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
6636 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
6637 after the instruction are executed as if they were located before it.
6638 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
6639 the following instruction before the branch or call is performed.
6640
6641 On some machines, conditional branch instructions can optionally
6642 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
6643 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
6644 instructions that annul if the branch is true and instructions that
6645 annul if the branch is false are supported.
6646
6647 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
6648 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
6649 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
6650 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
6651 instruction scheduling.
6652
6653 @findex define_delay
6654 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
6655 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
6656
6657 @smallexample
6658 (define_delay @var{test}
6659               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
6660                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
6661                @dots{}])
6662 @end smallexample
6663
6664 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
6665 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
6666 required delay slots is determined by the length of the vector specified
6667 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
6668 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
6669 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
6670 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
6671 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
6672 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
6673
6674 For example, in the common case where branch and call insns require
6675 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
6676 call, the following would be placed in the @file{md} file:
6677
6678 @smallexample
6679 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
6680               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6681 @end smallexample
6682
6683 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
6684 case, each such expression specifies different delay slot requirements
6685 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
6686 expressions are both true.
6687
6688 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
6689 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
6690 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
6691 branch is true, we might represent this as follows:
6692
6693 @smallexample
6694 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
6695    [(eq_attr "type" "!branch,call")
6696     (eq_attr "type" "!branch,call")
6697     (nil)])
6698
6699 (define_delay (eq_attr "type" "call")
6700               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
6701                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
6702 @end smallexample
6703 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
6704
6705 @end ifset
6706 @ifset INTERNALS
6707 @node Processor pipeline description
6708 @subsection Specifying processor pipeline description
6709 @cindex processor pipeline description
6710 @cindex processor functional units
6711 @cindex instruction latency time
6712 @cindex interlock delays
6713 @cindex data dependence delays
6714 @cindex reservation delays
6715 @cindex pipeline hazard recognizer
6716 @cindex automaton based pipeline description
6717 @cindex regular expressions
6718 @cindex deterministic finite state automaton
6719 @cindex automaton based scheduler
6720 @cindex RISC
6721 @cindex VLIW
6722
6723 To achieve better performance, most modern processors
6724 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
6725 processors) have many @dfn{functional units} on which several
6726 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
6727 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
6728 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
6729 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
6730 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g.@: for some
6731 MIPS processors).
6732
6733 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
6734 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
6735 latency time}.  The instruction execution is not started until all
6736 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
6737 complex cases when the instruction execution starts even when the data
6738 are not available but will be ready in given time after the
6739 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
6740 account is simple.  The data dependence (true, output, and
6741 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
6742 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
6743 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
6744 means that two instructions under execution will be in need of shared
6745 processors resources, i.e.@: buses, internal registers, and/or
6746 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
6747 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
6748 processors.
6749
6750 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
6751 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
6752 instruction scheduler has to have an adequate description of the
6753 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  GCC
6754 machine descriptions describe processor parallelism and functional
6755 unit reservations for groups of instructions with the aid of
6756 @dfn{regular expressions}.
6757
6758 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
6759 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
6760 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
6761 automatically generated from the processor pipeline description.  The
6762 pipeline hazard recognizer generated from the machine description
6763 is based on a deterministic finite state automaton (@acronym{DFA}):
6764 the instruction issue is possible if there is a transition from one
6765 automaton state to another one.  This algorithm is very fast, and
6766 furthermore, its speed is not dependent on processor
6767 complexity@footnote{However, the size of the automaton depends on
6768   processor complexity.  To limit this effect, machine descriptions
6769   can split orthogonal parts of the machine description among several
6770   automata: but then, since each of these must be stepped independently,
6771   this does cause a small decrease in the algorithm's performance.}.
6772
6773 @cindex automaton based pipeline description
6774 The rest of this section describes the directives that constitute
6775 an automaton-based processor pipeline description.  The order of
6776 these constructions within the machine description file is not
6777 important.
6778
6779 @findex define_automaton
6780 @cindex pipeline hazard recognizer
6781 The following optional construction describes names of automata
6782 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
6783 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
6784 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
6785 units to the automata, the total size of the automata is usually
6786 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
6787 construction, only one finite state automaton is generated.
6788
6789 @smallexample
6790 (define_automaton @var{automata-names})
6791 @end smallexample
6792
6793 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
6794 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
6795 The automaton name is used in the constructions @code{define_cpu_unit} and
6796 @code{define_query_cpu_unit}.
6797
6798 @findex define_cpu_unit
6799 @cindex processor functional units
6800 Each processor functional unit used in the description of instruction
6801 reservations should be described by the following construction.
6802
6803 @smallexample
6804 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6805 @end smallexample
6806
6807 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
6808 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
6809 for other goals.
6810
6811 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6812 which the unit is bound.  The automaton should be described in
6813 construction @code{define_automaton}.  You should give
6814 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
6815
6816 The assignment of units to automata are constrained by the uses of the
6817 units in insn reservations.  The most important constraint is: if a
6818 unit reservation is present on a particular cycle of an alternative
6819 for an insn reservation, then some unit from the same automaton must
6820 be present on the same cycle for the other alternatives of the insn
6821 reservation.  The rest of the constraints are mentioned in the
6822 description of the subsequent constructions.
6823
6824 @findex define_query_cpu_unit
6825 @cindex querying function unit reservations
6826 The following construction describes CPU functional units analogously
6827 to @code{define_cpu_unit}.  The reservation of such units can be
6828 queried for an automaton state.  The instruction scheduler never
6829 queries reservation of functional units for given automaton state.  So
6830 as a rule, you don't need this construction.  This construction could
6831 be used for future code generation goals (e.g.@: to generate
6832 @acronym{VLIW} insn templates).
6833
6834 @smallexample
6835 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
6836 @end smallexample
6837
6838 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
6839 separated by commas.
6840
6841 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
6842 which the unit is bound.
6843
6844 @findex define_insn_reservation
6845 @cindex instruction latency time
6846 @cindex regular expressions
6847 @cindex data bypass
6848 The following construction is the major one to describe pipeline
6849 characteristics of an instruction.
6850
6851 @smallexample
6852 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
6853                          @var{condition} @var{regexp})
6854 @end smallexample
6855
6856 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
6857 instruction.  There is an important difference between the old
6858 description and the automaton based pipeline description.  The latency
6859 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
6860 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
6861 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
6862 zero and the cost of output dependencies is the difference between
6863 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
6864 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
6865 change the default costs for any description by using the target hook
6866 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
6867
6868 @var{insn-name} is a string giving the internal name of the insn.  The
6869 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
6870 the automaton description file generated for debugging.  The internal
6871 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
6872 good practice to use insn classes described in the processor manual.
6873
6874 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
6875 construction.  You should remember that you will be in trouble if
6876 @var{condition} for two or more different
6877 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
6878 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
6879 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
6880 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
6881 the same value is quite difficult (especially if the conditions
6882 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
6883 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
6884 recognizer considerably.
6885
6886 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
6887 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
6888 expression according to the following syntax:
6889
6890 @smallexample
6891        regexp = regexp "," oneof
6892               | oneof
6893
6894        oneof = oneof "|" allof
6895              | allof
6896
6897        allof = allof "+" repeat
6898              | repeat
6899
6900        repeat = element "*" number
6901               | element
6902
6903        element = cpu_function_unit_name
6904                | reservation_name
6905                | result_name
6906                | "nothing"
6907                | "(" regexp ")"
6908 @end smallexample
6909
6910 @itemize @bullet
6911 @item
6912 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
6913 the reservation.
6914
6915 @item
6916 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
6917 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
6918 regular expression @strong{or} etc.
6919
6920 @item
6921 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
6922 regular expression @strong{and} a reservation described by the
6923 second regular expression @strong{and} etc.
6924
6925 @item
6926 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
6927 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
6928 advancing (see @samp{,}).
6929
6930 @item
6931 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
6932 functional unit.
6933
6934 @item
6935 @samp{reservation_name} --- see description of construction
6936 @samp{define_reservation}.
6937
6938 @item
6939 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
6940 @end itemize
6941
6942 @findex define_reservation
6943 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
6944 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
6945 the common part by the following construction
6946
6947 @smallexample
6948 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
6949 @end smallexample
6950
6951 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
6952 Functional unit names and reservation names are in the same name
6953 space.  So the reservation names should be different from the
6954 functional unit names and can not be the reserved name @samp{nothing}.
6955
6956 @findex define_bypass
6957 @cindex instruction latency time
6958 @cindex data bypass
6959 The following construction is used to describe exceptions in the
6960 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
6961
6962 @smallexample
6963 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
6964                [@var{guard}])
6965 @end smallexample
6966
6967 @var{number} defines when the result generated by the instructions
6968 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
6969 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
6970 the string are separated by commas.
6971
6972 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
6973 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
6974 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
6975 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
6976 recognize complicated bypasses, e.g.@: when the consumer is only an address
6977 of insn @samp{store} (not a stored value).
6978
6979 @findex exclusion_set
6980 @findex presence_set
6981 @findex final_presence_set
6982 @findex absence_set
6983 @findex final_absence_set
6984 @cindex VLIW
6985 @cindex RISC
6986 The following five constructions are usually used to describe
6987 @acronym{VLIW} processors, or more precisely, to describe a placement
6988 of small instructions into @acronym{VLIW} instruction slots.  They
6989 can be used for @acronym{RISC} processors, too.
6990
6991 @smallexample
6992 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
6993 (presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6994 (final_presence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6995 (absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6996 (final_absence_set @var{unit-names} @var{patterns})
6997 @end smallexample
6998
6999 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
7000 separated by commas.
7001
7002 @var{patterns} is a string giving patterns of functional units
7003 separated by comma.  Currently pattern is one unit or units
7004 separated by white-spaces.
7005
7006 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
7007 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
7008 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
7009 example, the construction is useful for describing processors
7010 (e.g.@: some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
7011 functional unit which can execute simultaneously only single floating
7012 point insns or only double floating point insns.
7013
7014 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
7015 functional unit in the first string can not be reserved unless at
7016 least one of pattern of units whose names are in the second string is
7017 reserved.  This is an asymmetric relation.  For example, it is useful
7018 for description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
7019 @samp{slot0} reservation.  We could describe it by the following
7020 construction
7021
7022 @smallexample
7023 (presence_set "slot1" "slot0")
7024 @end smallexample
7025
7026 Or @samp{slot1} is reserved only after @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7027 reservation.  In this case we could write
7028
7029 @smallexample
7030 (presence_set "slot1" "slot0 b0")
7031 @end smallexample
7032
7033 The third construction (@samp{final_presence_set}) is analogous to
7034 @samp{presence_set}.  The difference between them is when checking is
7035 done.  When an instruction is issued in given automaton state
7036 reflecting all current and planned unit reservations, the automaton
7037 state is changed.  The first state is a source state, the second one
7038 is a result state.  Checking for @samp{presence_set} is done on the
7039 source state reservation, checking for @samp{final_presence_set} is
7040 done on the result reservation.  This construction is useful to
7041 describe a reservation which is actually two subsequent reservations.
7042 For example, if we use
7043
7044 @smallexample
7045 (presence_set "slot1" "slot0")
7046 @end smallexample
7047
7048 the following insn will be never issued (because @samp{slot1} requires
7049 @samp{slot0} which is absent in the source state).
7050
7051 @smallexample
7052 (define_reservation "insn_and_nop" "slot0 + slot1")
7053 @end smallexample
7054
7055 but it can be issued if we use analogous @samp{final_presence_set}.
7056
7057 The forth construction (@samp{absence_set}) means that each functional
7058 unit in the first string can be reserved only if each pattern of units
7059 whose names are in the second string is not reserved.  This is an
7060 asymmetric relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to
7061 this one but it is symmetric).  For example it might be useful in a 
7062 @acronym{VLIW} description to say that @samp{slot0} cannot be reserved
7063 after either @samp{slot1} or @samp{slot2} have been reserved.  This
7064 can be described as:
7065
7066 @smallexample
7067 (absence_set "slot0" "slot1, slot2")
7068 @end smallexample
7069
7070 Or @samp{slot2} can not be reserved if @samp{slot0} and unit @samp{b0}
7071 are reserved or @samp{slot1} and unit @samp{b1} are reserved.  In
7072 this case we could write
7073
7074 @smallexample
7075 (absence_set "slot2" "slot0 b0, slot1 b1")
7076 @end smallexample
7077
7078 All functional units mentioned in a set should belong to the same
7079 automaton.
7080
7081 The last construction (@samp{final_absence_set}) is analogous to
7082 @samp{absence_set} but checking is done on the result (state)
7083 reservation.  See comments for @samp{final_presence_set}.
7084
7085 @findex automata_option
7086 @cindex deterministic finite state automaton
7087 @cindex nondeterministic finite state automaton
7088 @cindex finite state automaton minimization
7089 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
7090 the following construction.
7091
7092 @smallexample
7093 (automata_option @var{options})
7094 @end smallexample
7095
7096 @var{options} is a string giving options which affect the generated
7097 code.  Currently there are the following options:
7098
7099 @itemize @bullet
7100 @item
7101 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
7102 only worth to do when we are debugging the description and need to
7103 look more accurately at reservations of states.
7104
7105 @item
7106 @dfn{time} means printing additional time statistics about
7107 generation of automata.
7108
7109 @item
7110 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
7111 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
7112 verification and debugging.
7113
7114 @item
7115 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
7116 non-critical errors.
7117
7118 @item
7119 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
7120 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
7121 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
7122 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
7123 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
7124 may be rejected by reservations in the subsequent insns.
7125
7126 @item
7127 @dfn{progress} means output of a progress bar showing how many states
7128 were generated so far for automaton being processed.  This is useful
7129 during debugging a @acronym{DFA} description.  If you see too many
7130 generated states, you could interrupt the generator of the pipeline
7131 hazard recognizer and try to figure out a reason for generation of the
7132 huge automaton.
7133 @end itemize
7134
7135 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
7136 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
7137 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
7138 the following functional units.
7139
7140 @smallexample
7141 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
7142 (define_cpu_unit "port0, port1")
7143 @end smallexample
7144
7145 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
7146 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
7147 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
7148 are issued into the second pipeline.  Integer division and
7149 multiplication insns can be executed only in the second integer
7150 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
7151 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e.@: the subsequent
7152 integer division insn can not be issued until the current division
7153 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
7154 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
7155 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
7156 incurred.  To describe all of this we could specify
7157
7158 @smallexample
7159 (define_cpu_unit "div")
7160
7161 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7162                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
7163
7164 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "type" "mult")
7165                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
7166
7167 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "type" "div")
7168                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
7169
7170 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "type" "float")
7171                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
7172
7173 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
7174 @end smallexample
7175
7176 To simplify the description we could describe the following reservation
7177
7178 @smallexample
7179 (define_reservation "finish" "port0|port1")
7180 @end smallexample
7181
7182 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
7183 construction
7184
7185 @smallexample
7186 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "type" "int")
7187                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
7188 @end smallexample
7189
7190
7191 @end ifset
7192 @ifset INTERNALS
7193 @node Conditional Execution
7194 @section Conditional Execution
7195 @cindex conditional execution
7196 @cindex predication
7197
7198 A number of architectures provide for some form of conditional
7199 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
7200 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
7201 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
7202 can be quite tedious to describe these forms directly in the
7203 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
7204
7205 @findex define_cond_exec
7206 @smallexample
7207 (define_cond_exec
7208   [@var{predicate-pattern}]
7209   "@var{condition}"
7210   "@var{output-template}")
7211 @end smallexample
7212
7213 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
7214 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
7215 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
7216 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
7217 alternative.
7218
7219 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
7220 pattern to match.
7221
7222 @findex current_insn_predicate
7223 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
7224 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
7225 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
7226 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
7227 In order to handle the general case, there is a global variable
7228 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
7229 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
7230
7231 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
7232 the @code{predicable} instruction attribute is made.
7233 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
7234 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
7235 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
7236 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
7237 alternative or anything else.
7238
7239 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
7240 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
7241 generated that matches a predicated version of the instruction.
7242 For example,
7243
7244 @smallexample
7245 (define_insn "addsi"
7246   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7247         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7248                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
7249   "@var{test1}"
7250   "add %2,%1,%0")
7251
7252 (define_cond_exec
7253   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
7254        (const_int 0))]
7255   "@var{test2}"
7256   "(%0)")
7257 @end smallexample
7258
7259 @noindent
7260 generates a new pattern
7261
7262 @smallexample
7263 (define_insn ""
7264   [(cond_exec
7265      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
7266      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
7267           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
7268                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
7269   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
7270   "(%3) add %2,%1,%0")
7271 @end smallexample
7272
7273 @end ifset
7274 @ifset INTERNALS
7275 @node Constant Definitions
7276 @section Constant Definitions
7277 @cindex constant definitions
7278 @findex define_constants
7279
7280 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
7281 can be a maintenance problem.
7282
7283 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
7284 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
7285 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
7286 if the corresponding value had been written instead.  You may use
7287 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
7288 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
7289 a different value.
7290
7291 To come back to the a29k load multiple example, instead of
7292
7293 @smallexample
7294 (define_insn ""
7295   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7296      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7297            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7298       (use (reg:SI 179))
7299       (clobber (reg:SI 179))])]
7300   ""
7301   "loadm 0,0,%1,%2")
7302 @end smallexample
7303
7304 You could write:
7305
7306 @smallexample
7307 (define_constants [
7308     (R_BP 177)
7309     (R_FC 178)
7310     (R_CR 179)
7311     (R_Q  180)
7312 ])
7313
7314 (define_insn ""
7315   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
7316      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
7317            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
7318       (use (reg:SI R_CR))
7319       (clobber (reg:SI R_CR))])]
7320   ""
7321   "loadm 0,0,%1,%2")
7322 @end smallexample
7323
7324 The constants that are defined with a define_constant are also output
7325 in the insn-codes.h header file as #defines.
7326 @end ifset
7327 @ifset INTERNALS
7328 @node Macros
7329 @section Macros
7330 @cindex macros in @file{.md} files
7331
7332 Ports often need to define similar patterns for more than one machine
7333 mode or for more than one rtx code.  GCC provides some simple macro
7334 facilities to make this process easier.
7335
7336 @menu
7337 * Mode Macros::         Generating variations of patterns for different modes.
7338 * Code Macros::         Doing the same for codes.
7339 @end menu
7340
7341 @node Mode Macros
7342 @subsection Mode Macros
7343 @cindex mode macros in @file{.md} files
7344
7345 Ports often need to define similar patterns for two or more different modes.
7346 For example:
7347
7348 @itemize @bullet
7349 @item
7350 If a processor has hardware support for both single and double
7351 floating-point arithmetic, the @code{SFmode} patterns tend to be
7352 very similar to the @code{DFmode} ones.
7353
7354 @item
7355 If a port uses @code{SImode} pointers in one configuration and
7356 @code{DImode} pointers in another, it will usually have very similar
7357 @code{SImode} and @code{DImode} patterns for manipulating pointers.
7358 @end itemize
7359
7360 Mode macros allow several patterns to be instantiated from one
7361 @file{.md} file template.  They can be used with any type of
7362 rtx-based construct, such as a @code{define_insn},
7363 @code{define_split}, or @code{define_peephole2}.
7364
7365 @menu
7366 * Defining Mode Macros:: Defining a new mode macro.
7367 * Substitutions::        Combining mode macros with substitutions
7368 * Examples::             Examples
7369 @end menu
7370
7371 @node Defining Mode Macros
7372 @subsubsection Defining Mode Macros
7373 @findex define_mode_macro
7374
7375 The syntax for defining a mode macro is:
7376
7377 @smallexample
7378 (define_mode_macro @var{name} [(@var{mode1} "@var{cond1}") ... (@var{moden} "@var{condn}")])
7379 @end smallexample
7380
7381 This allows subsequent @file{.md} file constructs to use the mode suffix
7382 @code{:@var{name}}.  Every construct that does so will be expanded
7383 @var{n} times, once with every use of @code{:@var{name}} replaced by
7384 @code{:@var{mode1}}, once with every use replaced by @code{:@var{mode2}},
7385 and so on.  In the expansion for a particular @var{modei}, every
7386 C condition will also require that @var{condi} be true.
7387
7388 For example:
7389
7390 @smallexample
7391 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7392 @end smallexample
7393
7394 defines a new mode suffix @code{:P}.  Every construct that uses
7395 @code{:P} will be expanded twice, once with every @code{:P} replaced
7396 by @code{:SI} and once with every @code{:P} replaced by @code{:DI}.
7397 The @code{:SI} version will only apply if @code{Pmode == SImode} and
7398 the @code{:DI} version will only apply if @code{Pmode == DImode}.
7399
7400 As with other @file{.md} conditions, an empty string is treated
7401 as ``always true''.  @code{(@var{mode} "")} can also be abbreviated
7402 to @code{@var{mode}}.  For example:
7403
7404 @smallexample
7405 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7406 @end smallexample
7407
7408 means that the @code{:DI} expansion only applies if @code{TARGET_64BIT}
7409 but that the @code{:SI} expansion has no such constraint.
7410
7411 Macros are applied in the order they are defined.  This can be
7412 significant if two macros are used in a construct that requires
7413 substitutions.  @xref{Substitutions}.
7414
7415 @node Substitutions
7416 @subsubsection Substitution in Mode Macros
7417 @findex define_mode_attr
7418
7419 If an @file{.md} file construct uses mode macros, each version of the
7420 construct will often need slightly different strings or modes.  For
7421 example:
7422
7423 @itemize @bullet
7424 @item
7425 When a @code{define_expand} defines several @code{add@var{m}3} patterns
7426 (@pxref{Standard Names}), each expander will need to use the
7427 appropriate mode name for @var{m}.
7428
7429 @item
7430 When a @code{define_insn} defines several instruction patterns,
7431 each instruction will often use a different assembler mnemonic.
7432
7433 @item
7434 When a @code{define_insn} requires operands with different modes,
7435 using a macro for one of the operand modes usually requires a specific
7436 mode for the other operand(s).
7437 @end itemize
7438
7439 GCC supports such variations through a system of ``mode attributes''.
7440 There are two standard attributes: @code{mode}, which is the name of
7441 the mode in lower case, and @code{MODE}, which is the same thing in
7442 upper case.  You can define other attributes using:
7443
7444 @smallexample
7445 (define_mode_attr @var{name} [(@var{mode1} "@var{value1}") ... (@var{moden} "@var{valuen}")])
7446 @end smallexample
7447
7448 where @var{name} is the name of the attribute and @var{valuei}
7449 is the value associated with @var{modei}.
7450
7451 When GCC replaces some @var{:macro} with @var{:mode}, it will scan
7452 each string and mode in the pattern for sequences of the form
7453 @code{<@var{macro}:@var{attr}>}, where @var{attr} is the name of a
7454 mode attribute.  If the attribute is defined for @var{mode}, the whole
7455 @code{<...>} sequence will be replaced by the appropriate attribute
7456 value.
7457
7458 For example, suppose an @file{.md} file has:
7459
7460 @smallexample
7461 (define_mode_macro P [(SI "Pmode == SImode") (DI "Pmode == DImode")])
7462 (define_mode_attr load [(SI "lw") (DI "ld")])
7463 @end smallexample
7464
7465 If one of the patterns that uses @code{:P} contains the string
7466 @code{"<P:load>\t%0,%1"}, the @code{SI} version of that pattern
7467 will use @code{"lw\t%0,%1"} and the @code{DI} version will use
7468 @code{"ld\t%0,%1"}.
7469
7470 Here is an example of using an attribute for a mode:
7471
7472 @smallexample
7473 (define_mode_macro LONG [SI DI])
7474 (define_mode_attr SHORT [(SI "HI") (DI "SI")])
7475 (define_insn ...
7476   (sign_extend:LONG (match_operand:<LONG:SHORT> ...)) ...)
7477 @end smallexample
7478
7479 The @code{@var{macro}:} prefix may be omitted, in which case the
7480 substitution will be attempted for every macro expansion.
7481
7482 @node Examples
7483 @subsubsection Mode Macro Examples
7484
7485 Here is an example from the MIPS port.  It defines the following
7486 modes and attributes (among others):
7487
7488 @smallexample
7489 (define_mode_macro GPR [SI (DI "TARGET_64BIT")])
7490 (define_mode_attr d [(SI "") (DI "d")])
7491 @end smallexample
7492
7493 and uses the following template to define both @code{subsi3}
7494 and @code{subdi3}:
7495
7496 @smallexample
7497 (define_insn "sub<mode>3"
7498   [(set (match_operand:GPR 0 "register_operand" "=d")
7499         (minus:GPR (match_operand:GPR 1 "register_operand" "d")
7500                    (match_operand:GPR 2 "register_operand" "d")))]
7501   ""
7502   "<d>subu\t%0,%1,%2"
7503   [(set_attr "type" "arith")
7504    (set_attr "mode" "<MODE>")])
7505 @end smallexample
7506
7507 This is exactly equivalent to:
7508
7509 @smallexample
7510 (define_insn "subsi3"
7511   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=d")
7512         (minus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "d")
7513                   (match_operand:SI 2 "register_operand" "d")))]
7514   ""
7515   "subu\t%0,%1,%2"
7516   [(set_attr "type" "arith")
7517    (set_attr "mode" "SI")])
7518
7519 (define_insn "subdi3"
7520   [(set (match_operand:DI 0 "register_operand" "=d")
7521         (minus:DI (match_operand:DI 1 "register_operand" "d")
7522                   (match_operand:DI 2 "register_operand" "d")))]
7523   ""
7524   "dsubu\t%0,%1,%2"
7525   [(set_attr "type" "arith")
7526    (set_attr "mode" "DI")])
7527 @end smallexample
7528
7529 @node Code Macros
7530 @subsection Code Macros
7531 @cindex code macros in @file{.md} files
7532 @findex define_code_macro
7533 @findex define_code_attr
7534
7535 Code macros operate in a similar way to mode macros.  @xref{Mode Macros}.
7536
7537 The construct:
7538
7539 @smallexample
7540 (define_code_macro @var{name} [(@var{code1} "@var{cond1}") ... (@var{coden} "@var{condn}")])
7541 @end smallexample
7542
7543 defines a pseudo rtx code @var{name} that can be instantiated as
7544 @var{codei} if condition @var{condi} is true.  Each @var{codei}
7545 must have the same rtx format.  @xref{RTL Classes}.
7546
7547 As with mode macros, each pattern that uses @var{name} will be
7548 expanded @var{n} times, once with all uses of @var{name} replaced by
7549 @var{code1}, once with all uses replaced by @var{code2}, and so on.
7550 @xref{Defining Mode Macros}.
7551
7552 It is possible to define attributes for codes as well as for modes.
7553 There are two standard code attributes: @code{code}, the name of the
7554 code in lower case, and @code{CODE}, the name of the code in upper case.
7555 Other attributes are defined using:
7556
7557 @smallexample
7558 (define_code_attr @var{name} [(@var{code1} "@var{value1}") ... (@var{coden} "@var{valuen}")])
7559 @end smallexample
7560
7561 Here's an example of code macros in action, taken from the MIPS port:
7562
7563 @smallexample
7564 (define_code_macro any_cond [unordered ordered unlt unge uneq ltgt unle ungt
7565                              eq ne gt ge lt le gtu geu ltu leu])
7566
7567 (define_expand "b<code>"
7568   [(set (pc)
7569         (if_then_else (any_cond:CC (cc0)
7570                                    (const_int 0))
7571                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7572                       (pc)))]
7573   ""
7574 @{
7575   gen_conditional_branch (operands, <CODE>);
7576   DONE;
7577 @})
7578 @end smallexample
7579
7580 This is equivalent to:
7581
7582 @smallexample
7583 (define_expand "bunordered"
7584   [(set (pc)
7585         (if_then_else (unordered:CC (cc0)
7586                                     (const_int 0))
7587                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7588                       (pc)))]
7589   ""
7590 @{
7591   gen_conditional_branch (operands, UNORDERED);
7592   DONE;
7593 @})
7594
7595 (define_expand "bordered"
7596   [(set (pc)
7597         (if_then_else (ordered:CC (cc0)
7598                                   (const_int 0))
7599                       (label_ref (match_operand 0 ""))
7600                       (pc)))]
7601   ""
7602 @{
7603   gen_conditional_branch (operands, ORDERED);
7604   DONE;
7605 @})
7606
7607 ...
7608 @end smallexample
7609
7610 @end ifset