OSDN Git Service

* doc/c-tree.texi: Fix typos and follow spelling conventions.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / gcc / doc / md.texi
1 @c Copyright (C) 1988, 1989, 1992, 1993, 1994, 1996, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002
2 @c 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 * Constraints::         When not all operands are general operands.
32 * Standard Names::      Names mark patterns to use for code generation.
33 * Pattern Ordering::    When the order of patterns makes a difference.
34 * Dependent Patterns::  Having one pattern may make you need another.
35 * Jump Patterns::       Special considerations for patterns for jump insns.
36 * Looping Patterns::    How to define patterns for special looping insns.
37 * Insn Canonicalizations::Canonicalization of Instructions
38 * Expander Definitions::Generating a sequence of several RTL insns
39                           for a standard operation.
40 * Insn Splitting::      Splitting Instructions into Multiple Instructions.
41 * Including Patterns::      Including Patterns in Machine Descriptions.
42 * Peephole Definitions::Defining machine-specific peephole optimizations.
43 * Insn Attributes::     Specifying the value of attributes for generated insns.
44 * Conditional Execution::Generating @code{define_insn} patterns for
45                            predication.
46 * Constant Definitions::Defining symbolic constants that can be used in the
47                         md file.
48 @end menu
49
50 @node Overview
51 @section Overview of How the Machine Description is Used
52
53 There are three main conversions that happen in the compiler:
54
55 @enumerate
56
57 @item
58 The front end reads the source code and builds a parse tree.
59
60 @item
61 The parse tree is used to generate an RTL insn list based on named
62 instruction patterns.
63
64 @item
65 The insn list is matched against the RTL templates to produce assembler
66 code.
67
68 @end enumerate
69
70 For the generate pass, only the names of the insns matter, from either a
71 named @code{define_insn} or a @code{define_expand}.  The compiler will
72 choose the pattern with the right name and apply the operands according
73 to the documentation later in this chapter, without regard for the RTL
74 template or operand constraints.  Note that the names the compiler looks
75 for are hard-coded in the compiler---it will ignore unnamed patterns and
76 patterns with names it doesn't know about, but if you don't provide a
77 named pattern it needs, it will abort.
78
79 If a @code{define_insn} is used, the template given is inserted into the
80 insn list.  If a @code{define_expand} is used, one of three things
81 happens, based on the condition logic.  The condition logic may manually
82 create new insns for the insn list, say via @code{emit_insn()}, and
83 invoke @code{DONE}.  For certain named patterns, it may invoke @code{FAIL} to tell the
84 compiler to use an alternate way of performing that task.  If it invokes
85 neither @code{DONE} nor @code{FAIL}, the template given in the pattern
86 is inserted, as if the @code{define_expand} were a @code{define_insn}.
87
88 Once the insn list is generated, various optimization passes convert,
89 replace, and rearrange the insns in the insn list.  This is where the
90 @code{define_split} and @code{define_peephole} patterns get used, for
91 example.
92
93 Finally, the insn list's RTL is matched up with the RTL templates in the
94 @code{define_insn} patterns, and those patterns are used to emit the
95 final assembly code.  For this purpose, each named @code{define_insn}
96 acts like it's unnamed, since the names are ignored.
97
98 @node Patterns
99 @section Everything about Instruction Patterns
100 @cindex patterns
101 @cindex instruction patterns
102
103 @findex define_insn
104 Each instruction pattern contains an incomplete RTL expression, with pieces
105 to be filled in later, operand constraints that restrict how the pieces can
106 be filled in, and an output pattern or C code to generate the assembler
107 output, all wrapped up in a @code{define_insn} expression.
108
109 A @code{define_insn} is an RTL expression containing four or five operands:
110
111 @enumerate
112 @item
113 An optional name.  The presence of a name indicate that this instruction
114 pattern can perform a certain standard job for the RTL-generation
115 pass of the compiler.  This pass knows certain names and will use
116 the instruction patterns with those names, if the names are defined
117 in the machine description.
118
119 The absence of a name is indicated by writing an empty string
120 where the name should go.  Nameless instruction patterns are never
121 used for generating RTL code, but they may permit several simpler insns
122 to be combined later on.
123
124 Names that are not thus known and used in RTL-generation have no
125 effect; they are equivalent to no name at all.
126
127 For the purpose of debugging the compiler, you may also specify a
128 name beginning with the @samp{*} character.  Such a name is used only
129 for identifying the instruction in RTL dumps; it is entirely equivalent
130 to having a nameless pattern for all other purposes.
131
132 @item
133 The @dfn{RTL template} (@pxref{RTL Template}) is a vector of incomplete
134 RTL expressions which show what the instruction should look like.  It is
135 incomplete because it may contain @code{match_operand},
136 @code{match_operator}, and @code{match_dup} expressions that stand for
137 operands of the instruction.
138
139 If the vector has only one element, that element is the template for the
140 instruction pattern.  If the vector has multiple elements, then the
141 instruction pattern is a @code{parallel} expression containing the
142 elements described.
143
144 @item
145 @cindex pattern conditions
146 @cindex conditions, in patterns
147 A condition.  This is a string which contains a C expression that is
148 the final test to decide whether an insn body matches this pattern.
149
150 @cindex named patterns and conditions
151 For a named pattern, the condition (if present) may not depend on
152 the data in the insn being matched, but only the target-machine-type
153 flags.  The compiler needs to test these conditions during
154 initialization in order to learn exactly which named instructions are
155 available in a particular run.
156
157 @findex operands
158 For nameless patterns, the condition is applied only when matching an
159 individual insn, and only after the insn has matched the pattern's
160 recognition template.  The insn's operands may be found in the vector
161 @code{operands}.  For an insn where the condition has once matched, it
162 can't be used to control register allocation, for example by excluding
163 certain hard registers or hard register combinations.
164
165 @item
166 The @dfn{output template}: a string that says how to output matching
167 insns as assembler code.  @samp{%} in this string specifies where
168 to substitute the value of an operand.  @xref{Output Template}.
169
170 When simple substitution isn't general enough, you can specify a piece
171 of C code to compute the output.  @xref{Output Statement}.
172
173 @item
174 Optionally, a vector containing the values of attributes for insns matching
175 this pattern.  @xref{Insn Attributes}.
176 @end enumerate
177
178 @node Example
179 @section Example of @code{define_insn}
180 @cindex @code{define_insn} example
181
182 Here is an actual example of an instruction pattern, for the 68000/68020.
183
184 @example
185 (define_insn "tstsi"
186   [(set (cc0)
187         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
188   ""
189   "*
190 @{
191   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
192     return \"tstl %0\";
193   return \"cmpl #0,%0\";
194 @}")
195 @end example
196
197 @noindent
198 This can also be written using braced strings:
199
200 @example
201 (define_insn "tstsi"
202   [(set (cc0)
203         (match_operand:SI 0 "general_operand" "rm"))]
204   ""
205 @{
206   if (TARGET_68020 || ! ADDRESS_REG_P (operands[0]))
207     return "tstl %0";
208   return "cmpl #0,%0";
209 @})
210 @end example
211
212 This is an instruction that sets the condition codes based on the value of
213 a general operand.  It has no condition, so any insn whose RTL description
214 has the form shown may be handled according to this pattern.  The name
215 @samp{tstsi} means ``test a @code{SImode} value'' and tells the RTL generation
216 pass that, when it is necessary to test such a value, an insn to do so
217 can be constructed using this pattern.
218
219 The output control string is a piece of C code which chooses which
220 output template to return based on the kind of operand and the specific
221 type of CPU for which code is being generated.
222
223 @samp{"rm"} is an operand constraint.  Its meaning is explained below.
224
225 @node RTL Template
226 @section RTL Template
227 @cindex RTL insn template
228 @cindex generating insns
229 @cindex insns, generating
230 @cindex recognizing insns
231 @cindex insns, recognizing
232
233 The RTL template is used to define which insns match the particular pattern
234 and how to find their operands.  For named patterns, the RTL template also
235 says how to construct an insn from specified operands.
236
237 Construction involves substituting specified operands into a copy of the
238 template.  Matching involves determining the values that serve as the
239 operands in the insn being matched.  Both of these activities are
240 controlled by special expression types that direct matching and
241 substitution of the operands.
242
243 @table @code
244 @findex match_operand
245 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{predicate} @var{constraint})
246 This expression is a placeholder for operand number @var{n} of
247 the insn.  When constructing an insn, operand number @var{n}
248 will be substituted at this point.  When matching an insn, whatever
249 appears at this position in the insn will be taken as operand
250 number @var{n}; but it must satisfy @var{predicate} or this instruction
251 pattern will not match at all.
252
253 Operand numbers must be chosen consecutively counting from zero in
254 each instruction pattern.  There may be only one @code{match_operand}
255 expression in the pattern for each operand number.  Usually operands
256 are numbered in the order of appearance in @code{match_operand}
257 expressions.  In the case of a @code{define_expand}, any operand numbers
258 used only in @code{match_dup} expressions have higher values than all
259 other operand numbers.
260
261 @var{predicate} is a string that is the name of a C function that accepts two
262 arguments, an expression and a machine mode.  During matching, the
263 function will be called with the putative operand as the expression and
264 @var{m} as the mode argument (if @var{m} is not specified,
265 @code{VOIDmode} will be used, which normally causes @var{predicate} to accept
266 any mode).  If it returns zero, this instruction pattern fails to match.
267 @var{predicate} may be an empty string; then it means no test is to be done
268 on the operand, so anything which occurs in this position is valid.
269
270 Most of the time, @var{predicate} will reject modes other than @var{m}---but
271 not always.  For example, the predicate @code{address_operand} uses
272 @var{m} as the mode of memory ref that the address should be valid for.
273 Many predicates accept @code{const_int} nodes even though their mode is
274 @code{VOIDmode}.
275
276 @var{constraint} controls reloading and the choice of the best register
277 class to use for a value, as explained later (@pxref{Constraints}).
278
279 People are often unclear on the difference between the constraint and the
280 predicate.  The predicate helps decide whether a given insn matches the
281 pattern.  The constraint plays no role in this decision; instead, it
282 controls various decisions in the case of an insn which does match.
283
284 @findex general_operand
285 On CISC machines, the most common @var{predicate} is
286 @code{"general_operand"}.  This function checks that the putative
287 operand is either a constant, a register or a memory reference, and that
288 it is valid for mode @var{m}.
289
290 @findex register_operand
291 For an operand that must be a register, @var{predicate} should be
292 @code{"register_operand"}.  Using @code{"general_operand"} would be
293 valid, since the reload pass would copy any non-register operands
294 through registers, but this would make GCC do extra work, it would
295 prevent invariant operands (such as constant) from being removed from
296 loops, and it would prevent the register allocator from doing the best
297 possible job.  On RISC machines, it is usually most efficient to allow
298 @var{predicate} to accept only objects that the constraints allow.
299
300 @findex immediate_operand
301 For an operand that must be a constant, you must be sure to either use
302 @code{"immediate_operand"} for @var{predicate}, or make the instruction
303 pattern's extra condition require a constant, or both.  You cannot
304 expect the constraints to do this work!  If the constraints allow only
305 constants, but the predicate allows something else, the compiler will
306 crash when that case arises.
307
308 @findex match_scratch
309 @item (match_scratch:@var{m} @var{n} @var{constraint})
310 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}
311 and indicates that operand must be a @code{scratch} or @code{reg}
312 expression.
313
314 When matching patterns, this is equivalent to
315
316 @smallexample
317 (match_operand:@var{m} @var{n} "scratch_operand" @var{pred})
318 @end smallexample
319
320 but, when generating RTL, it produces a (@code{scratch}:@var{m})
321 expression.
322
323 If the last few expressions in a @code{parallel} are @code{clobber}
324 expressions whose operands are either a hard register or
325 @code{match_scratch}, the combiner can add or delete them when
326 necessary.  @xref{Side Effects}.
327
328 @findex match_dup
329 @item (match_dup @var{n})
330 This expression is also a placeholder for operand number @var{n}.
331 It is used when the operand needs to appear more than once in the
332 insn.
333
334 In construction, @code{match_dup} acts just like @code{match_operand}:
335 the operand is substituted into the insn being constructed.  But in
336 matching, @code{match_dup} behaves differently.  It assumes that operand
337 number @var{n} has already been determined by a @code{match_operand}
338 appearing earlier in the recognition template, and it matches only an
339 identical-looking expression.
340
341 Note that @code{match_dup} should not be used to tell the compiler that
342 a particular register is being used for two operands (example:
343 @code{add} that adds one register to another; the second register is
344 both an input operand and the output operand).  Use a matching
345 constraint (@pxref{Simple Constraints}) for those.  @code{match_dup} is for the cases where one
346 operand is used in two places in the template, such as an instruction
347 that computes both a quotient and a remainder, where the opcode takes
348 two input operands but the RTL template has to refer to each of those
349 twice; once for the quotient pattern and once for the remainder pattern.
350
351 @findex match_operator
352 @item (match_operator:@var{m} @var{n} @var{predicate} [@var{operands}@dots{}])
353 This pattern is a kind of placeholder for a variable RTL expression
354 code.
355
356 When constructing an insn, it stands for an RTL expression whose
357 expression code is taken from that of operand @var{n}, and whose
358 operands are constructed from the patterns @var{operands}.
359
360 When matching an expression, it matches an expression if the function
361 @var{predicate} returns nonzero on that expression @emph{and} the
362 patterns @var{operands} match the operands of the expression.
363
364 Suppose that the function @code{commutative_operator} is defined as
365 follows, to match any expression whose operator is one of the
366 commutative arithmetic operators of RTL and whose mode is @var{mode}:
367
368 @smallexample
369 int
370 commutative_operator (x, mode)
371      rtx x;
372      enum machine_mode mode;
373 @{
374   enum rtx_code code = GET_CODE (x);
375   if (GET_MODE (x) != mode)
376     return 0;
377   return (GET_RTX_CLASS (code) == 'c'
378           || code == EQ || code == NE);
379 @}
380 @end smallexample
381
382 Then the following pattern will match any RTL expression consisting
383 of a commutative operator applied to two general operands:
384
385 @smallexample
386 (match_operator:SI 3 "commutative_operator"
387   [(match_operand:SI 1 "general_operand" "g")
388    (match_operand:SI 2 "general_operand" "g")])
389 @end smallexample
390
391 Here the vector @code{[@var{operands}@dots{}]} contains two patterns
392 because the expressions to be matched all contain two operands.
393
394 When this pattern does match, the two operands of the commutative
395 operator are recorded as operands 1 and 2 of the insn.  (This is done
396 by the two instances of @code{match_operand}.)  Operand 3 of the insn
397 will be the entire commutative expression: use @code{GET_CODE
398 (operands[3])} to see which commutative operator was used.
399
400 The machine mode @var{m} of @code{match_operator} works like that of
401 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
402 predicate function, and that function is solely responsible for
403 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
404
405 When constructing an insn, argument 3 of the gen-function will specify
406 the operation (i.e.@: the expression code) for the expression to be
407 made.  It should be an RTL expression, whose expression code is copied
408 into a new expression whose operands are arguments 1 and 2 of the
409 gen-function.  The subexpressions of argument 3 are not used;
410 only its expression code matters.
411
412 When @code{match_operator} is used in a pattern for matching an insn,
413 it usually best if the operand number of the @code{match_operator}
414 is higher than that of the actual operands of the insn.  This improves
415 register allocation because the register allocator often looks at
416 operands 1 and 2 of insns to see if it can do register tying.
417
418 There is no way to specify constraints in @code{match_operator}.  The
419 operand of the insn which corresponds to the @code{match_operator}
420 never has any constraints because it is never reloaded as a whole.
421 However, if parts of its @var{operands} are matched by
422 @code{match_operand} patterns, those parts may have constraints of
423 their own.
424
425 @findex match_op_dup
426 @item (match_op_dup:@var{m} @var{n}[@var{operands}@dots{}])
427 Like @code{match_dup}, except that it applies to operators instead of
428 operands.  When constructing an insn, operand number @var{n} will be
429 substituted at this point.  But in matching, @code{match_op_dup} behaves
430 differently.  It assumes that operand number @var{n} has already been
431 determined by a @code{match_operator} appearing earlier in the
432 recognition template, and it matches only an identical-looking
433 expression.
434
435 @findex match_parallel
436 @item (match_parallel @var{n} @var{predicate} [@var{subpat}@dots{}])
437 This pattern is a placeholder for an insn that consists of a
438 @code{parallel} expression with a variable number of elements.  This
439 expression should only appear at the top level of an insn pattern.
440
441 When constructing an insn, operand number @var{n} will be substituted at
442 this point.  When matching an insn, it matches if the body of the insn
443 is a @code{parallel} expression with at least as many elements as the
444 vector of @var{subpat} expressions in the @code{match_parallel}, if each
445 @var{subpat} matches the corresponding element of the @code{parallel},
446 @emph{and} the function @var{predicate} returns nonzero on the
447 @code{parallel} that is the body of the insn.  It is the responsibility
448 of the predicate to validate elements of the @code{parallel} beyond
449 those listed in the @code{match_parallel}.
450
451 A typical use of @code{match_parallel} is to match load and store
452 multiple expressions, which can contain a variable number of elements
453 in a @code{parallel}.  For example,
454
455 @smallexample
456 (define_insn ""
457   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
458      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
459            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
460       (use (reg:SI 179))
461       (clobber (reg:SI 179))])]
462   ""
463   "loadm 0,0,%1,%2")
464 @end smallexample
465
466 This example comes from @file{a29k.md}.  The function
467 @code{load_multiple_operation} is defined in @file{a29k.c} and checks
468 that subsequent elements in the @code{parallel} are the same as the
469 @code{set} in the pattern, except that they are referencing subsequent
470 registers and memory locations.
471
472 An insn that matches this pattern might look like:
473
474 @smallexample
475 (parallel
476  [(set (reg:SI 20) (mem:SI (reg:SI 100)))
477   (use (reg:SI 179))
478   (clobber (reg:SI 179))
479   (set (reg:SI 21)
480        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
481                         (const_int 4))))
482   (set (reg:SI 22)
483        (mem:SI (plus:SI (reg:SI 100)
484                         (const_int 8))))])
485 @end smallexample
486
487 @findex match_par_dup
488 @item (match_par_dup @var{n} [@var{subpat}@dots{}])
489 Like @code{match_op_dup}, but for @code{match_parallel} instead of
490 @code{match_operator}.
491
492 @findex match_insn
493 @item (match_insn @var{predicate})
494 Match a complete insn.  Unlike the other @code{match_*} recognizers,
495 @code{match_insn} does not take an operand number.
496
497 The machine mode @var{m} of @code{match_insn} works like that of
498 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
499 predicate function, and that function is solely responsible for
500 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
501
502 @findex match_insn2
503 @item (match_insn2 @var{n} @var{predicate})
504 Match a complete insn.
505
506 The machine mode @var{m} of @code{match_insn2} works like that of
507 @code{match_operand}: it is passed as the second argument to the
508 predicate function, and that function is solely responsible for
509 deciding whether the expression to be matched ``has'' that mode.
510
511 @end table
512
513 @node Output Template
514 @section Output Templates and Operand Substitution
515 @cindex output templates
516 @cindex operand substitution
517
518 @cindex @samp{%} in template
519 @cindex percent sign
520 The @dfn{output template} is a string which specifies how to output the
521 assembler code for an instruction pattern.  Most of the template is a
522 fixed string which is output literally.  The character @samp{%} is used
523 to specify where to substitute an operand; it can also be used to
524 identify places where different variants of the assembler require
525 different syntax.
526
527 In the simplest case, a @samp{%} followed by a digit @var{n} says to output
528 operand @var{n} at that point in the string.
529
530 @samp{%} followed by a letter and a digit says to output an operand in an
531 alternate fashion.  Four letters have standard, built-in meanings described
532 below.  The machine description macro @code{PRINT_OPERAND} can define
533 additional letters with nonstandard meanings.
534
535 @samp{%c@var{digit}} can be used to substitute an operand that is a
536 constant value without the syntax that normally indicates an immediate
537 operand.
538
539 @samp{%n@var{digit}} is like @samp{%c@var{digit}} except that the value of
540 the constant is negated before printing.
541
542 @samp{%a@var{digit}} can be used to substitute an operand as if it were a
543 memory reference, with the actual operand treated as the address.  This may
544 be useful when outputting a ``load address'' instruction, because often the
545 assembler syntax for such an instruction requires you to write the operand
546 as if it were a memory reference.
547
548 @samp{%l@var{digit}} is used to substitute a @code{label_ref} into a jump
549 instruction.
550
551 @samp{%=} outputs a number which is unique to each instruction in the
552 entire compilation.  This is useful for making local labels to be
553 referred to more than once in a single template that generates multiple
554 assembler instructions.
555
556 @samp{%} followed by a punctuation character specifies a substitution that
557 does not use an operand.  Only one case is standard: @samp{%%} outputs a
558 @samp{%} into the assembler code.  Other nonstandard cases can be
559 defined in the @code{PRINT_OPERAND} macro.  You must also define
560 which punctuation characters are valid with the
561 @code{PRINT_OPERAND_PUNCT_VALID_P} macro.
562
563 @cindex \
564 @cindex backslash
565 The template may generate multiple assembler instructions.  Write the text
566 for the instructions, with @samp{\;} between them.
567
568 @cindex matching operands
569 When the RTL contains two operands which are required by constraint to match
570 each other, the output template must refer only to the lower-numbered operand.
571 Matching operands are not always identical, and the rest of the compiler
572 arranges to put the proper RTL expression for printing into the lower-numbered
573 operand.
574
575 One use of nonstandard letters or punctuation following @samp{%} is to
576 distinguish between different assembler languages for the same machine; for
577 example, Motorola syntax versus MIT syntax for the 68000.  Motorola syntax
578 requires periods in most opcode names, while MIT syntax does not.  For
579 example, the opcode @samp{movel} in MIT syntax is @samp{move.l} in Motorola
580 syntax.  The same file of patterns is used for both kinds of output syntax,
581 but the character sequence @samp{%.} is used in each place where Motorola
582 syntax wants a period.  The @code{PRINT_OPERAND} macro for Motorola syntax
583 defines the sequence to output a period; the macro for MIT syntax defines
584 it to do nothing.
585
586 @cindex @code{#} in template
587 As a special case, a template consisting of the single character @code{#}
588 instructs the compiler to first split the insn, and then output the
589 resulting instructions separately.  This helps eliminate redundancy in the
590 output templates.   If you have a @code{define_insn} that needs to emit
591 multiple assembler instructions, and there is an matching @code{define_split}
592 already defined, then you can simply use @code{#} as the output template
593 instead of writing an output template that emits the multiple assembler
594 instructions.
595
596 If the macro @code{ASSEMBLER_DIALECT} is defined, you can use construct
597 of the form @samp{@{option0|option1|option2@}} in the templates.  These
598 describe multiple variants of assembler language syntax.
599 @xref{Instruction Output}.
600
601 @node Output Statement
602 @section C Statements for Assembler Output
603 @cindex output statements
604 @cindex C statements for assembler output
605 @cindex generating assembler output
606
607 Often a single fixed template string cannot produce correct and efficient
608 assembler code for all the cases that are recognized by a single
609 instruction pattern.  For example, the opcodes may depend on the kinds of
610 operands; or some unfortunate combinations of operands may require extra
611 machine instructions.
612
613 If the output control string starts with a @samp{@@}, then it is actually
614 a series of templates, each on a separate line.  (Blank lines and
615 leading spaces and tabs are ignored.)  The templates correspond to the
616 pattern's constraint alternatives (@pxref{Multi-Alternative}).  For example,
617 if a target machine has a two-address add instruction @samp{addr} to add
618 into a register and another @samp{addm} to add a register to memory, you
619 might write this pattern:
620
621 @smallexample
622 (define_insn "addsi3"
623   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
624         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0,0")
625                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "g,r")))]
626   ""
627   "@@
628    addr %2,%0
629    addm %2,%0")
630 @end smallexample
631
632 @cindex @code{*} in template
633 @cindex asterisk in template
634 If the output control string starts with a @samp{*}, then it is not an
635 output template but rather a piece of C program that should compute a
636 template.  It should execute a @code{return} statement to return the
637 template-string you want.  Most such templates use C string literals, which
638 require doublequote characters to delimit them.  To include these
639 doublequote characters in the string, prefix each one with @samp{\}.
640
641 If the output control string is written as a brace block instead of a
642 double-quoted string, it is automatically assumed to be C code.  In that
643 case, it is not necessary to put in a leading asterisk, or to escape the
644 doublequotes surrounding C string literals.
645
646 The operands may be found in the array @code{operands}, whose C data type
647 is @code{rtx []}.
648
649 It is very common to select different ways of generating assembler code
650 based on whether an immediate operand is within a certain range.  Be
651 careful when doing this, because the result of @code{INTVAL} is an
652 integer on the host machine.  If the host machine has more bits in an
653 @code{int} than the target machine has in the mode in which the constant
654 will be used, then some of the bits you get from @code{INTVAL} will be
655 superfluous.  For proper results, you must carefully disregard the
656 values of those bits.
657
658 @findex output_asm_insn
659 It is possible to output an assembler instruction and then go on to output
660 or compute more of them, using the subroutine @code{output_asm_insn}.  This
661 receives two arguments: a template-string and a vector of operands.  The
662 vector may be @code{operands}, or it may be another array of @code{rtx}
663 that you declare locally and initialize yourself.
664
665 @findex which_alternative
666 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
667 the appearance of the assembler code is determined mostly by which alternative
668 was matched.  When this is so, the C code can test the variable
669 @code{which_alternative}, which is the ordinal number of the alternative
670 that was actually satisfied (0 for the first, 1 for the second alternative,
671 etc.).
672
673 For example, suppose there are two opcodes for storing zero, @samp{clrreg}
674 for registers and @samp{clrmem} for memory locations.  Here is how
675 a pattern could use @code{which_alternative} to choose between them:
676
677 @smallexample
678 (define_insn ""
679   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
680         (const_int 0))]
681   ""
682   @{
683   return (which_alternative == 0
684           ? "clrreg %0" : "clrmem %0");
685   @})
686 @end smallexample
687
688 The example above, where the assembler code to generate was
689 @emph{solely} determined by the alternative, could also have been specified
690 as follows, having the output control string start with a @samp{@@}:
691
692 @smallexample
693 @group
694 (define_insn ""
695   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,m")
696         (const_int 0))]
697   ""
698   "@@
699    clrreg %0
700    clrmem %0")
701 @end group
702 @end smallexample
703 @end ifset
704
705 @c Most of this node appears by itself (in a different place) even
706 @c when the INTERNALS flag is clear.  Passages that require the internals
707 @c manual's context are conditionalized to appear only in the internals manual.
708 @ifset INTERNALS
709 @node Constraints
710 @section Operand Constraints
711 @cindex operand constraints
712 @cindex constraints
713
714 Each @code{match_operand} in an instruction pattern can specify a
715 constraint for the type of operands allowed.
716 @end ifset
717 @ifclear INTERNALS
718 @node Constraints
719 @section Constraints for @code{asm} Operands
720 @cindex operand constraints, @code{asm}
721 @cindex constraints, @code{asm}
722 @cindex @code{asm} constraints
723
724 Here are specific details on what constraint letters you can use with
725 @code{asm} operands.
726 @end ifclear
727 Constraints can say whether
728 an operand may be in a register, and which kinds of register; whether the
729 operand can be a memory reference, and which kinds of address; whether the
730 operand may be an immediate constant, and which possible values it may
731 have.  Constraints can also require two operands to match.
732
733 @ifset INTERNALS
734 @menu
735 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
736 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
737 * Class Preferences::   Constraints guide which hard register to put things in.
738 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
739 * Machine Constraints:: Existing constraints for some particular machines.
740 @end menu
741 @end ifset
742
743 @ifclear INTERNALS
744 @menu
745 * Simple Constraints::  Basic use of constraints.
746 * Multi-Alternative::   When an insn has two alternative constraint-patterns.
747 * Modifiers::           More precise control over effects of constraints.
748 * Machine Constraints:: Special constraints for some particular machines.
749 @end menu
750 @end ifclear
751
752 @node Simple Constraints
753 @subsection Simple Constraints
754 @cindex simple constraints
755
756 The simplest kind of constraint is a string full of letters, each of
757 which describes one kind of operand that is permitted.  Here are
758 the letters that are allowed:
759
760 @table @asis
761 @item whitespace
762 Whitespace characters are ignored and can be inserted at any position
763 except the first.  This enables each alternative for different operands to
764 be visually aligned in the machine description even if they have different
765 number of constraints and modifiers.
766
767 @cindex @samp{m} in constraint
768 @cindex memory references in constraints
769 @item @samp{m}
770 A memory operand is allowed, with any kind of address that the machine
771 supports in general.
772
773 @cindex offsettable address
774 @cindex @samp{o} in constraint
775 @item @samp{o}
776 A memory operand is allowed, but only if the address is
777 @dfn{offsettable}.  This means that adding a small integer (actually,
778 the width in bytes of the operand, as determined by its machine mode)
779 may be added to the address and the result is also a valid memory
780 address.
781
782 @cindex autoincrement/decrement addressing
783 For example, an address which is constant is offsettable; so is an
784 address that is the sum of a register and a constant (as long as a
785 slightly larger constant is also within the range of address-offsets
786 supported by the machine); but an autoincrement or autodecrement
787 address is not offsettable.  More complicated indirect/indexed
788 addresses may or may not be offsettable depending on the other
789 addressing modes that the machine supports.
790
791 Note that in an output operand which can be matched by another
792 operand, the constraint letter @samp{o} is valid only when accompanied
793 by both @samp{<} (if the target machine has predecrement addressing)
794 and @samp{>} (if the target machine has preincrement addressing).
795
796 @cindex @samp{V} in constraint
797 @item @samp{V}
798 A memory operand that is not offsettable.  In other words, anything that
799 would fit the @samp{m} constraint but not the @samp{o} constraint.
800
801 @cindex @samp{<} in constraint
802 @item @samp{<}
803 A memory operand with autodecrement addressing (either predecrement or
804 postdecrement) is allowed.
805
806 @cindex @samp{>} in constraint
807 @item @samp{>}
808 A memory operand with autoincrement addressing (either preincrement or
809 postincrement) is allowed.
810
811 @cindex @samp{r} in constraint
812 @cindex registers in constraints
813 @item @samp{r}
814 A register operand is allowed provided that it is in a general
815 register.
816
817 @cindex constants in constraints
818 @cindex @samp{i} in constraint
819 @item @samp{i}
820 An immediate integer operand (one with constant value) is allowed.
821 This includes symbolic constants whose values will be known only at
822 assembly time.
823
824 @cindex @samp{n} in constraint
825 @item @samp{n}
826 An immediate integer operand with a known numeric value is allowed.
827 Many systems cannot support assembly-time constants for operands less
828 than a word wide.  Constraints for these operands should use @samp{n}
829 rather than @samp{i}.
830
831 @cindex @samp{I} in constraint
832 @item @samp{I}, @samp{J}, @samp{K}, @dots{} @samp{P}
833 Other letters in the range @samp{I} through @samp{P} may be defined in
834 a machine-dependent fashion to permit immediate integer operands with
835 explicit integer values in specified ranges.  For example, on the
836 68000, @samp{I} is defined to stand for the range of values 1 to 8.
837 This is the range permitted as a shift count in the shift
838 instructions.
839
840 @cindex @samp{E} in constraint
841 @item @samp{E}
842 An immediate floating operand (expression code @code{const_double}) is
843 allowed, but only if the target floating point format is the same as
844 that of the host machine (on which the compiler is running).
845
846 @cindex @samp{F} in constraint
847 @item @samp{F}
848 An immediate floating operand (expression code @code{const_double} or
849 @code{const_vector}) is allowed.
850
851 @cindex @samp{G} in constraint
852 @cindex @samp{H} in constraint
853 @item @samp{G}, @samp{H}
854 @samp{G} and @samp{H} may be defined in a machine-dependent fashion to
855 permit immediate floating operands in particular ranges of values.
856
857 @cindex @samp{s} in constraint
858 @item @samp{s}
859 An immediate integer operand whose value is not an explicit integer is
860 allowed.
861
862 This might appear strange; if an insn allows a constant operand with a
863 value not known at compile time, it certainly must allow any known
864 value.  So why use @samp{s} instead of @samp{i}?  Sometimes it allows
865 better code to be generated.
866
867 For example, on the 68000 in a fullword instruction it is possible to
868 use an immediate operand; but if the immediate value is between @minus{}128
869 and 127, better code results from loading the value into a register and
870 using the register.  This is because the load into the register can be
871 done with a @samp{moveq} instruction.  We arrange for this to happen
872 by defining the letter @samp{K} to mean ``any integer outside the
873 range @minus{}128 to 127'', and then specifying @samp{Ks} in the operand
874 constraints.
875
876 @cindex @samp{g} in constraint
877 @item @samp{g}
878 Any register, memory or immediate integer operand is allowed, except for
879 registers that are not general registers.
880
881 @cindex @samp{X} in constraint
882 @item @samp{X}
883 @ifset INTERNALS
884 Any operand whatsoever is allowed, even if it does not satisfy
885 @code{general_operand}.  This is normally used in the constraint of
886 a @code{match_scratch} when certain alternatives will not actually
887 require a scratch register.
888 @end ifset
889 @ifclear INTERNALS
890 Any operand whatsoever is allowed.
891 @end ifclear
892
893 @cindex @samp{0} in constraint
894 @cindex digits in constraint
895 @item @samp{0}, @samp{1}, @samp{2}, @dots{} @samp{9}
896 An operand that matches the specified operand number is allowed.  If a
897 digit is used together with letters within the same alternative, the
898 digit should come last.
899
900 This number is allowed to be more than a single digit.  If multiple
901 digits are encountered consecutively, they are interpreted as a single
902 decimal integer.  There is scant chance for ambiguity, since to-date
903 it has never been desirable that @samp{10} be interpreted as matching
904 either operand 1 @emph{or} operand 0.  Should this be desired, one
905 can use multiple alternatives instead.
906
907 @cindex matching constraint
908 @cindex constraint, matching
909 This is called a @dfn{matching constraint} and what it really means is
910 that the assembler has only a single operand that fills two roles
911 @ifset INTERNALS
912 considered separate in the RTL insn.  For example, an add insn has two
913 input operands and one output operand in the RTL, but on most CISC
914 @end ifset
915 @ifclear INTERNALS
916 which @code{asm} distinguishes.  For example, an add instruction uses
917 two input operands and an output operand, but on most CISC
918 @end ifclear
919 machines an add instruction really has only two operands, one of them an
920 input-output operand:
921
922 @smallexample
923 addl #35,r12
924 @end smallexample
925
926 Matching constraints are used in these circumstances.
927 More precisely, the two operands that match must include one input-only
928 operand and one output-only operand.  Moreover, the digit must be a
929 smaller number than the number of the operand that uses it in the
930 constraint.
931
932 @ifset INTERNALS
933 For operands to match in a particular case usually means that they
934 are identical-looking RTL expressions.  But in a few special cases
935 specific kinds of dissimilarity are allowed.  For example, @code{*x}
936 as an input operand will match @code{*x++} as an output operand.
937 For proper results in such cases, the output template should always
938 use the output-operand's number when printing the operand.
939 @end ifset
940
941 @cindex load address instruction
942 @cindex push address instruction
943 @cindex address constraints
944 @cindex @samp{p} in constraint
945 @item @samp{p}
946 An operand that is a valid memory address is allowed.  This is
947 for ``load address'' and ``push address'' instructions.
948
949 @findex address_operand
950 @samp{p} in the constraint must be accompanied by @code{address_operand}
951 as the predicate in the @code{match_operand}.  This predicate interprets
952 the mode specified in the @code{match_operand} as the mode of the memory
953 reference for which the address would be valid.
954
955 @cindex other register constraints
956 @cindex extensible constraints
957 @item @var{other-letters}
958 Other letters can be defined in machine-dependent fashion to stand for
959 particular classes of registers or other arbitrary operand types.
960 @samp{d}, @samp{a} and @samp{f} are defined on the 68000/68020 to stand
961 for data, address and floating point registers.
962
963 @ifset INTERNALS
964 The machine description macro @code{REG_CLASS_FROM_LETTER} has first
965 cut at the otherwise unused letters.  If it evaluates to @code{NO_REGS},
966 then @code{EXTRA_CONSTRAINT} is evaluated.
967
968 A typical use for @code{EXTRA_CONSTRAINT} would be to distinguish certain
969 types of memory references that affect other insn operands.
970 @end ifset
971 @end table
972
973 @ifset INTERNALS
974 In order to have valid assembler code, each operand must satisfy
975 its constraint.  But a failure to do so does not prevent the pattern
976 from applying to an insn.  Instead, it directs the compiler to modify
977 the code so that the constraint will be satisfied.  Usually this is
978 done by copying an operand into a register.
979
980 Contrast, therefore, the two instruction patterns that follow:
981
982 @smallexample
983 (define_insn ""
984   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
985         (plus:SI (match_dup 0)
986                  (match_operand:SI 1 "general_operand" "r")))]
987   ""
988   "@dots{}")
989 @end smallexample
990
991 @noindent
992 which has two operands, one of which must appear in two places, and
993
994 @smallexample
995 (define_insn ""
996   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r")
997         (plus:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
998                  (match_operand:SI 2 "general_operand" "r")))]
999   ""
1000   "@dots{}")
1001 @end smallexample
1002
1003 @noindent
1004 which has three operands, two of which are required by a constraint to be
1005 identical.  If we are considering an insn of the form
1006
1007 @smallexample
1008 (insn @var{n} @var{prev} @var{next}
1009   (set (reg:SI 3)
1010        (plus:SI (reg:SI 6) (reg:SI 109)))
1011   @dots{})
1012 @end smallexample
1013
1014 @noindent
1015 the first pattern would not apply at all, because this insn does not
1016 contain two identical subexpressions in the right place.  The pattern would
1017 say, ``That does not look like an add instruction; try other patterns.''
1018 The second pattern would say, ``Yes, that's an add instruction, but there
1019 is something wrong with it.''  It would direct the reload pass of the
1020 compiler to generate additional insns to make the constraint true.  The
1021 results might look like this:
1022
1023 @smallexample
1024 (insn @var{n2} @var{prev} @var{n}
1025   (set (reg:SI 3) (reg:SI 6))
1026   @dots{})
1027
1028 (insn @var{n} @var{n2} @var{next}
1029   (set (reg:SI 3)
1030        (plus:SI (reg:SI 3) (reg:SI 109)))
1031   @dots{})
1032 @end smallexample
1033
1034 It is up to you to make sure that each operand, in each pattern, has
1035 constraints that can handle any RTL expression that could be present for
1036 that operand.  (When multiple alternatives are in use, each pattern must,
1037 for each possible combination of operand expressions, have at least one
1038 alternative which can handle that combination of operands.)  The
1039 constraints don't need to @emph{allow} any possible operand---when this is
1040 the case, they do not constrain---but they must at least point the way to
1041 reloading any possible operand so that it will fit.
1042
1043 @itemize @bullet
1044 @item
1045 If the constraint accepts whatever operands the predicate permits,
1046 there is no problem: reloading is never necessary for this operand.
1047
1048 For example, an operand whose constraints permit everything except
1049 registers is safe provided its predicate rejects registers.
1050
1051 An operand whose predicate accepts only constant values is safe
1052 provided its constraints include the letter @samp{i}.  If any possible
1053 constant value is accepted, then nothing less than @samp{i} will do;
1054 if the predicate is more selective, then the constraints may also be
1055 more selective.
1056
1057 @item
1058 Any operand expression can be reloaded by copying it into a register.
1059 So if an operand's constraints allow some kind of register, it is
1060 certain to be safe.  It need not permit all classes of registers; the
1061 compiler knows how to copy a register into another register of the
1062 proper class in order to make an instruction valid.
1063
1064 @cindex nonoffsettable memory reference
1065 @cindex memory reference, nonoffsettable
1066 @item
1067 A nonoffsettable memory reference can be reloaded by copying the
1068 address into a register.  So if the constraint uses the letter
1069 @samp{o}, all memory references are taken care of.
1070
1071 @item
1072 A constant operand can be reloaded by allocating space in memory to
1073 hold it as preinitialized data.  Then the memory reference can be used
1074 in place of the constant.  So if the constraint uses the letters
1075 @samp{o} or @samp{m}, constant operands are not a problem.
1076
1077 @item
1078 If the constraint permits a constant and a pseudo register used in an insn
1079 was not allocated to a hard register and is equivalent to a constant,
1080 the register will be replaced with the constant.  If the predicate does
1081 not permit a constant and the insn is re-recognized for some reason, the
1082 compiler will crash.  Thus the predicate must always recognize any
1083 objects allowed by the constraint.
1084 @end itemize
1085
1086 If the operand's predicate can recognize registers, but the constraint does
1087 not permit them, it can make the compiler crash.  When this operand happens
1088 to be a register, the reload pass will be stymied, because it does not know
1089 how to copy a register temporarily into memory.
1090
1091 If the predicate accepts a unary operator, the constraint applies to the
1092 operand.  For example, the MIPS processor at ISA level 3 supports an
1093 instruction which adds two registers in @code{SImode} to produce a
1094 @code{DImode} result, but only if the registers are correctly sign
1095 extended.  This predicate for the input operands accepts a
1096 @code{sign_extend} of an @code{SImode} register.  Write the constraint
1097 to indicate the type of register that is required for the operand of the
1098 @code{sign_extend}.
1099 @end ifset
1100
1101 @node Multi-Alternative
1102 @subsection Multiple Alternative Constraints
1103 @cindex multiple alternative constraints
1104
1105 Sometimes a single instruction has multiple alternative sets of possible
1106 operands.  For example, on the 68000, a logical-or instruction can combine
1107 register or an immediate value into memory, or it can combine any kind of
1108 operand into a register; but it cannot combine one memory location into
1109 another.
1110
1111 These constraints are represented as multiple alternatives.  An alternative
1112 can be described by a series of letters for each operand.  The overall
1113 constraint for an operand is made from the letters for this operand
1114 from the first alternative, a comma, the letters for this operand from
1115 the second alternative, a comma, and so on until the last alternative.
1116 @ifset INTERNALS
1117 Here is how it is done for fullword logical-or on the 68000:
1118
1119 @smallexample
1120 (define_insn "iorsi3"
1121   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=m,d")
1122         (ior:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "%0,0")
1123                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dKs,dmKs")))]
1124   @dots{})
1125 @end smallexample
1126
1127 The first alternative has @samp{m} (memory) for operand 0, @samp{0} for
1128 operand 1 (meaning it must match operand 0), and @samp{dKs} for operand
1129 2.  The second alternative has @samp{d} (data register) for operand 0,
1130 @samp{0} for operand 1, and @samp{dmKs} for operand 2.  The @samp{=} and
1131 @samp{%} in the constraints apply to all the alternatives; their
1132 meaning is explained in the next section (@pxref{Class Preferences}).
1133 @end ifset
1134
1135 @c FIXME Is this ? and ! stuff of use in asm()?  If not, hide unless INTERNAL
1136 If all the operands fit any one alternative, the instruction is valid.
1137 Otherwise, for each alternative, the compiler counts how many instructions
1138 must be added to copy the operands so that that alternative applies.
1139 The alternative requiring the least copying is chosen.  If two alternatives
1140 need the same amount of copying, the one that comes first is chosen.
1141 These choices can be altered with the @samp{?} and @samp{!} characters:
1142
1143 @table @code
1144 @cindex @samp{?} in constraint
1145 @cindex question mark
1146 @item ?
1147 Disparage slightly the alternative that the @samp{?} appears in,
1148 as a choice when no alternative applies exactly.  The compiler regards
1149 this alternative as one unit more costly for each @samp{?} that appears
1150 in it.
1151
1152 @cindex @samp{!} in constraint
1153 @cindex exclamation point
1154 @item !
1155 Disparage severely the alternative that the @samp{!} appears in.
1156 This alternative can still be used if it fits without reloading,
1157 but if reloading is needed, some other alternative will be used.
1158 @end table
1159
1160 @ifset INTERNALS
1161 When an insn pattern has multiple alternatives in its constraints, often
1162 the appearance of the assembler code is determined mostly by which
1163 alternative was matched.  When this is so, the C code for writing the
1164 assembler code can use the variable @code{which_alternative}, which is
1165 the ordinal number of the alternative that was actually satisfied (0 for
1166 the first, 1 for the second alternative, etc.).  @xref{Output Statement}.
1167 @end ifset
1168
1169 @ifset INTERNALS
1170 @node Class Preferences
1171 @subsection Register Class Preferences
1172 @cindex class preference constraints
1173 @cindex register class preference constraints
1174
1175 @cindex voting between constraint alternatives
1176 The operand constraints have another function: they enable the compiler
1177 to decide which kind of hardware register a pseudo register is best
1178 allocated to.  The compiler examines the constraints that apply to the
1179 insns that use the pseudo register, looking for the machine-dependent
1180 letters such as @samp{d} and @samp{a} that specify classes of registers.
1181 The pseudo register is put in whichever class gets the most ``votes''.
1182 The constraint letters @samp{g} and @samp{r} also vote: they vote in
1183 favor of a general register.  The machine description says which registers
1184 are considered general.
1185
1186 Of course, on some machines all registers are equivalent, and no register
1187 classes are defined.  Then none of this complexity is relevant.
1188 @end ifset
1189
1190 @node Modifiers
1191 @subsection Constraint Modifier Characters
1192 @cindex modifiers in constraints
1193 @cindex constraint modifier characters
1194
1195 @c prevent bad page break with this line
1196 Here are constraint modifier characters.
1197
1198 @table @samp
1199 @cindex @samp{=} in constraint
1200 @item =
1201 Means that this operand is write-only for this instruction: the previous
1202 value is discarded and replaced by output data.
1203
1204 @cindex @samp{+} in constraint
1205 @item +
1206 Means that this operand is both read and written by the instruction.
1207
1208 When the compiler fixes up the operands to satisfy the constraints,
1209 it needs to know which operands are inputs to the instruction and
1210 which are outputs from it.  @samp{=} identifies an output; @samp{+}
1211 identifies an operand that is both input and output; all other operands
1212 are assumed to be input only.
1213
1214 If you specify @samp{=} or @samp{+} in a constraint, you put it in the
1215 first character of the constraint string.
1216
1217 @cindex @samp{&} in constraint
1218 @cindex earlyclobber operand
1219 @item &
1220 Means (in a particular alternative) that this operand is an
1221 @dfn{earlyclobber} operand, which is modified before the instruction is
1222 finished using the input operands.  Therefore, this operand may not lie
1223 in a register that is used as an input operand or as part of any memory
1224 address.
1225
1226 @samp{&} applies only to the alternative in which it is written.  In
1227 constraints with multiple alternatives, sometimes one alternative
1228 requires @samp{&} while others do not.  See, for example, the
1229 @samp{movdf} insn of the 68000.
1230
1231 An input operand can be tied to an earlyclobber operand if its only
1232 use as an input occurs before the early result is written.  Adding
1233 alternatives of this form often allows GCC to produce better code
1234 when only some of the inputs can be affected by the earlyclobber.
1235 See, for example, the @samp{mulsi3} insn of the ARM@.
1236
1237 @samp{&} does not obviate the need to write @samp{=}.
1238
1239 @cindex @samp{%} in constraint
1240 @item %
1241 Declares the instruction to be commutative for this operand and the
1242 following operand.  This means that the compiler may interchange the
1243 two operands if that is the cheapest way to make all operands fit the
1244 constraints.
1245 @ifset INTERNALS
1246 This is often used in patterns for addition instructions
1247 that really have only two operands: the result must go in one of the
1248 arguments.  Here for example, is how the 68000 halfword-add
1249 instruction is defined:
1250
1251 @smallexample
1252 (define_insn "addhi3"
1253   [(set (match_operand:HI 0 "general_operand" "=m,r")
1254      (plus:HI (match_operand:HI 1 "general_operand" "%0,0")
1255               (match_operand:HI 2 "general_operand" "di,g")))]
1256   @dots{})
1257 @end smallexample
1258 @end ifset
1259 GCC can only handle one commutative pair in an asm; if you use more, 
1260 the compiler may fail.
1261
1262 @cindex @samp{#} in constraint
1263 @item #
1264 Says that all following characters, up to the next comma, are to be
1265 ignored as a constraint.  They are significant only for choosing
1266 register preferences.
1267
1268 @cindex @samp{*} in constraint
1269 @item *
1270 Says that the following character should be ignored when choosing
1271 register preferences.  @samp{*} has no effect on the meaning of the
1272 constraint as a constraint, and no effect on reloading.
1273
1274 @ifset INTERNALS
1275 Here is an example: the 68000 has an instruction to sign-extend a
1276 halfword in a data register, and can also sign-extend a value by
1277 copying it into an address register.  While either kind of register is
1278 acceptable, the constraints on an address-register destination are
1279 less strict, so it is best if register allocation makes an address
1280 register its goal.  Therefore, @samp{*} is used so that the @samp{d}
1281 constraint letter (for data register) is ignored when computing
1282 register preferences.
1283
1284 @smallexample
1285 (define_insn "extendhisi2"
1286   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=*d,a")
1287         (sign_extend:SI
1288          (match_operand:HI 1 "general_operand" "0,g")))]
1289   @dots{})
1290 @end smallexample
1291 @end ifset
1292 @end table
1293
1294 @node Machine Constraints
1295 @subsection Constraints for Particular Machines
1296 @cindex machine specific constraints
1297 @cindex constraints, machine specific
1298
1299 Whenever possible, you should use the general-purpose constraint letters
1300 in @code{asm} arguments, since they will convey meaning more readily to
1301 people reading your code.  Failing that, use the constraint letters
1302 that usually have very similar meanings across architectures.  The most
1303 commonly used constraints are @samp{m} and @samp{r} (for memory and
1304 general-purpose registers respectively; @pxref{Simple Constraints}), and
1305 @samp{I}, usually the letter indicating the most common
1306 immediate-constant format.
1307
1308 For each machine architecture, the
1309 @file{config/@var{machine}/@var{machine}.h} file defines additional
1310 constraints.  These constraints are used by the compiler itself for
1311 instruction generation, as well as for @code{asm} statements; therefore,
1312 some of the constraints are not particularly interesting for @code{asm}.
1313 The constraints are defined through these macros:
1314
1315 @table @code
1316 @item REG_CLASS_FROM_LETTER
1317 Register class constraints (usually lower case).
1318
1319 @item CONST_OK_FOR_LETTER_P
1320 Immediate constant constraints, for non-floating point constants of
1321 word size or smaller precision (usually upper case).
1322
1323 @item CONST_DOUBLE_OK_FOR_LETTER_P
1324 Immediate constant constraints, for all floating point constants and for
1325 constants of greater than word size precision (usually upper case).
1326
1327 @item EXTRA_CONSTRAINT
1328 Special cases of registers or memory.  This macro is not required, and
1329 is only defined for some machines.
1330 @end table
1331
1332 Inspecting these macro definitions in the compiler source for your
1333 machine is the best way to be certain you have the right constraints.
1334 However, here is a summary of the machine-dependent constraints
1335 available on some particular machines.
1336
1337 @table @emph
1338 @item ARM family---@file{arm.h}
1339 @table @code
1340 @item f
1341 Floating-point register
1342
1343 @item F
1344 One of the floating-point constants 0.0, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0, 4.0, 5.0
1345 or 10.0
1346
1347 @item G
1348 Floating-point constant that would satisfy the constraint @samp{F} if it
1349 were negated
1350
1351 @item I
1352 Integer that is valid as an immediate operand in a data processing
1353 instruction.  That is, an integer in the range 0 to 255 rotated by a
1354 multiple of 2
1355
1356 @item J
1357 Integer in the range @minus{}4095 to 4095
1358
1359 @item K
1360 Integer that satisfies constraint @samp{I} when inverted (ones complement)
1361
1362 @item L
1363 Integer that satisfies constraint @samp{I} when negated (twos complement)
1364
1365 @item M
1366 Integer in the range 0 to 32
1367
1368 @item Q
1369 A memory reference where the exact address is in a single register
1370 (`@samp{m}' is preferable for @code{asm} statements)
1371
1372 @item R
1373 An item in the constant pool
1374
1375 @item S
1376 A symbol in the text segment of the current file
1377 @end table
1378
1379 @item AMD 29000 family---@file{a29k.h}
1380 @table @code
1381 @item l
1382 Local register 0
1383
1384 @item b
1385 Byte Pointer (@samp{BP}) register
1386
1387 @item q
1388 @samp{Q} register
1389
1390 @item h
1391 Special purpose register
1392
1393 @item A
1394 First accumulator register
1395
1396 @item a
1397 Other accumulator register
1398
1399 @item f
1400 Floating point register
1401
1402 @item I
1403 Constant greater than 0, less than 0x100
1404
1405 @item J
1406 Constant greater than 0, less than 0x10000
1407
1408 @item K
1409 Constant whose high 24 bits are on (1)
1410
1411 @item L
1412 16-bit constant whose high 8 bits are on (1)
1413
1414 @item M
1415 32-bit constant whose high 16 bits are on (1)
1416
1417 @item N
1418 32-bit negative constant that fits in 8 bits
1419
1420 @item O
1421 The constant 0x80000000 or, on the 29050, any 32-bit constant
1422 whose low 16 bits are 0.
1423
1424 @item P
1425 16-bit negative constant that fits in 8 bits
1426
1427 @item G
1428 @itemx H
1429 A floating point constant (in @code{asm} statements, use the machine
1430 independent @samp{E} or @samp{F} instead)
1431 @end table
1432
1433 @item AVR family---@file{avr.h}
1434 @table @code
1435 @item l
1436 Registers from r0 to r15
1437
1438 @item a
1439 Registers from r16 to r23
1440
1441 @item d
1442 Registers from r16 to r31
1443
1444 @item w
1445 Registers from r24 to r31.  These registers can be used in @samp{adiw} command
1446
1447 @item e
1448 Pointer register (r26--r31)
1449
1450 @item b
1451 Base pointer register (r28--r31)
1452
1453 @item q
1454 Stack pointer register (SPH:SPL)
1455
1456 @item t
1457 Temporary register r0
1458
1459 @item x
1460 Register pair X (r27:r26)
1461
1462 @item y
1463 Register pair Y (r29:r28)
1464
1465 @item z
1466 Register pair Z (r31:r30)
1467
1468 @item I
1469 Constant greater than @minus{}1, less than 64
1470
1471 @item J
1472 Constant greater than @minus{}64, less than 1
1473
1474 @item K
1475 Constant integer 2
1476
1477 @item L
1478 Constant integer 0
1479
1480 @item M
1481 Constant that fits in 8 bits
1482
1483 @item N
1484 Constant integer @minus{}1
1485
1486 @item O
1487 Constant integer 8, 16, or 24
1488
1489 @item P
1490 Constant integer 1
1491
1492 @item G
1493 A floating point constant 0.0
1494 @end table
1495
1496 @item IBM RS6000---@file{rs6000.h}
1497 @table @code
1498 @item b
1499 Address base register
1500
1501 @item f
1502 Floating point register
1503
1504 @item h
1505 @samp{MQ}, @samp{CTR}, or @samp{LINK} register
1506
1507 @item q
1508 @samp{MQ} register
1509
1510 @item c
1511 @samp{CTR} register
1512
1513 @item l
1514 @samp{LINK} register
1515
1516 @item x
1517 @samp{CR} register (condition register) number 0
1518
1519 @item y
1520 @samp{CR} register (condition register)
1521
1522 @item z
1523 @samp{FPMEM} stack memory for FPR-GPR transfers
1524
1525 @item I
1526 Signed 16-bit constant
1527
1528 @item J
1529 Unsigned 16-bit constant shifted left 16 bits (use @samp{L} instead for
1530 @code{SImode} constants)
1531
1532 @item K
1533 Unsigned 16-bit constant
1534
1535 @item L
1536 Signed 16-bit constant shifted left 16 bits
1537
1538 @item M
1539 Constant larger than 31
1540
1541 @item N
1542 Exact power of 2
1543
1544 @item O
1545 Zero
1546
1547 @item P
1548 Constant whose negation is a signed 16-bit constant
1549
1550 @item G
1551 Floating point constant that can be loaded into a register with one
1552 instruction per word
1553
1554 @item Q
1555 Memory operand that is an offset from a register (@samp{m} is preferable
1556 for @code{asm} statements)
1557
1558 @item R
1559 AIX TOC entry
1560
1561 @item S
1562 Constant suitable as a 64-bit mask operand
1563
1564 @item T
1565 Constant suitable as a 32-bit mask operand
1566
1567 @item U
1568 System V Release 4 small data area reference
1569 @end table
1570
1571 @item Intel 386---@file{i386.h}
1572 @table @code
1573 @item q
1574 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register for the i386.
1575 For x86-64 it is equivalent to @samp{r} class. (for 8-bit instructions that
1576 do not use upper halves)
1577
1578 @item Q
1579 @samp{a}, @code{b}, @code{c}, or @code{d} register. (for 8-bit instructions,
1580 that do use upper halves)
1581
1582 @item R
1583 Legacy register---equivalent to @code{r} class in i386 mode.
1584 (for non-8-bit registers used together with 8-bit upper halves in a single
1585 instruction)
1586
1587 @item A
1588 Specifies the @samp{a} or @samp{d} registers.  This is primarily useful
1589 for 64-bit integer values (when in 32-bit mode) intended to be returned
1590 with the @samp{d} register holding the most significant bits and the
1591 @samp{a} register holding the least significant bits.
1592
1593 @item f
1594 Floating point register
1595
1596 @item t
1597 First (top of stack) floating point register
1598
1599 @item u
1600 Second floating point register
1601
1602 @item a
1603 @samp{a} register
1604
1605 @item b
1606 @samp{b} register
1607
1608 @item c
1609 @samp{c} register
1610
1611 @item C
1612 Specifies constant that can be easily constructed in SSE register without
1613 loading it from memory.
1614
1615 @item d
1616 @samp{d} register
1617
1618 @item D
1619 @samp{di} register
1620
1621 @item S
1622 @samp{si} register
1623
1624 @item x
1625 @samp{xmm} SSE register
1626
1627 @item y
1628 MMX register
1629
1630 @item I
1631 Constant in range 0 to 31 (for 32-bit shifts)
1632
1633 @item J
1634 Constant in range 0 to 63 (for 64-bit shifts)
1635
1636 @item K
1637 @samp{0xff}
1638
1639 @item L
1640 @samp{0xffff}
1641
1642 @item M
1643 0, 1, 2, or 3 (shifts for @code{lea} instruction)
1644
1645 @item N
1646 Constant in range 0 to 255 (for @code{out} instruction)
1647
1648 @item Z
1649 Constant in range 0 to @code{0xffffffff} or symbolic reference known to fit specified range.
1650 (for using immediates in zero extending 32-bit to 64-bit x86-64 instructions)
1651
1652 @item e
1653 Constant in range @minus{}2147483648 to 2147483647 or symbolic reference known to fit specified range.
1654 (for using immediates in 64-bit x86-64 instructions)
1655
1656 @item G
1657 Standard 80387 floating point constant
1658 @end table
1659
1660 @item Intel 960---@file{i960.h}
1661 @table @code
1662 @item f
1663 Floating point register (@code{fp0} to @code{fp3})
1664
1665 @item l
1666 Local register (@code{r0} to @code{r15})
1667
1668 @item b
1669 Global register (@code{g0} to @code{g15})
1670
1671 @item d
1672 Any local or global register
1673
1674 @item I
1675 Integers from 0 to 31
1676
1677 @item J
1678 0
1679
1680 @item K
1681 Integers from @minus{}31 to 0
1682
1683 @item G
1684 Floating point 0
1685
1686 @item H
1687 Floating point 1
1688 @end table
1689
1690 @item Intel IA-64---@file{ia64.h}
1691 @table @code
1692 @item a
1693 General register @code{r0} to @code{r3} for @code{addl} instruction
1694
1695 @item b
1696 Branch register
1697
1698 @item c
1699 Predicate register (@samp{c} as in ``conditional'')
1700
1701 @item d
1702 Application register residing in M-unit
1703
1704 @item e
1705 Application register residing in I-unit
1706
1707 @item f
1708 Floating-point register
1709
1710 @item m
1711 Memory operand.
1712 Remember that @samp{m} allows postincrement and postdecrement which
1713 require printing with @samp{%Pn} on IA-64.
1714 Use @samp{S} to disallow postincrement and postdecrement.
1715
1716 @item G
1717 Floating-point constant 0.0 or 1.0
1718
1719 @item I
1720 14-bit signed integer constant
1721
1722 @item J
1723 22-bit signed integer constant
1724
1725 @item K
1726 8-bit signed integer constant for logical instructions
1727
1728 @item L
1729 8-bit adjusted signed integer constant for compare pseudo-ops
1730
1731 @item M
1732 6-bit unsigned integer constant for shift counts
1733
1734 @item N
1735 9-bit signed integer constant for load and store postincrements
1736
1737 @item O
1738 The constant zero
1739
1740 @item P
1741 0 or -1 for @code{dep} instruction
1742
1743 @item Q
1744 Non-volatile memory for floating-point loads and stores
1745
1746 @item R
1747 Integer constant in the range 1 to 4 for @code{shladd} instruction
1748
1749 @item S
1750 Memory operand except postincrement and postdecrement
1751 @end table
1752
1753 @item FRV---@file{frv.h}
1754 @table @code
1755 @item a
1756 Register in the class @code{ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1757
1758 @item b
1759 Register in the class @code{EVEN_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1760
1761 @item c
1762 Register in the class @code{CC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3} and
1763 @code{icc0} to @code{icc3}).
1764
1765 @item d
1766 Register in the class @code{GPR_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1767
1768 @item e
1769 Register in the class @code{EVEN_REGS} (@code{gr0} to @code{gr63}).
1770 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1771 mode larger than 4 bytes.
1772
1773 @item f
1774 Register in the class @code{FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1775
1776 @item h
1777 Register in the class @code{FEVEN_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1778 Odd registers are excluded not in the class but through the use of a machine
1779 mode larger than 4 bytes.
1780
1781 @item l
1782 Register in the class @code{LR_REG} (the @code{lr} register).
1783
1784 @item q
1785 Register in the class @code{QUAD_REGS} (@code{gr2} to @code{gr63}).
1786 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1787 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1788
1789 @item t
1790 Register in the class @code{ICC_REGS} (@code{icc0} to @code{icc3}).
1791
1792 @item u
1793 Register in the class @code{FCC_REGS} (@code{fcc0} to @code{fcc3}).
1794
1795 @item v
1796 Register in the class @code{ICR_REGS} (@code{cc4} to @code{cc7}).
1797
1798 @item w
1799 Register in the class @code{FCR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc3}).
1800
1801 @item x
1802 Register in the class @code{QUAD_FPR_REGS} (@code{fr0} to @code{fr63}).
1803 Register numbers not divisible by 4 are excluded not in the class but through
1804 the use of a machine mode larger than 8 bytes.
1805
1806 @item z
1807 Register in the class @code{SPR_REGS} (@code{lcr} and @code{lr}).
1808
1809 @item A
1810 Register in the class @code{QUAD_ACC_REGS} (@code{acc0} to @code{acc7}).
1811
1812 @item B
1813 Register in the class @code{ACCG_REGS} (@code{accg0} to @code{accg7}).
1814
1815 @item C
1816 Register in the class @code{CR_REGS} (@code{cc0} to @code{cc7}).
1817
1818 @item G
1819 Floating point constant zero
1820
1821 @item I
1822 6-bit signed integer constant
1823
1824 @item J
1825 10-bit signed integer constant
1826
1827 @item L
1828 16-bit signed integer constant
1829
1830 @item M
1831 16-bit unsigned integer constant
1832
1833 @item N
1834 12-bit signed integer constant that is negative---i.e.@: in the
1835 range of @minus{}2048 to @minus{}1
1836
1837 @item O
1838 Constant zero
1839
1840 @item P
1841 12-bit signed integer constant that is greater than zero---i.e.@: in the
1842 range of 1 to 2047.
1843
1844 @end table
1845
1846 @item IP2K---@file{ip2k.h}
1847 @table @code
1848 @item a
1849 @samp{DP} or @samp{IP} registers (general address)
1850
1851 @item f
1852 @samp{IP} register
1853
1854 @item j
1855 @samp{IPL} register
1856
1857 @item k
1858 @samp{IPH} register
1859
1860 @item b
1861 @samp{DP} register
1862
1863 @item y
1864 @samp{DPH} register
1865
1866 @item z
1867 @samp{DPL} register
1868
1869 @item q
1870 @samp{SP} register
1871
1872 @item c
1873 @samp{DP} or @samp{SP} registers (offsettable address)
1874
1875 @item d
1876 Non-pointer registers (not @samp{SP}, @samp{DP}, @samp{IP})
1877
1878 @item u
1879 Non-SP registers (everything except @samp{SP})
1880
1881 @item R
1882 Indirect thru @samp{IP} - Avoid this except for @code{QImode}, since we
1883 can't access extra bytes
1884
1885 @item S
1886 Indirect thru @samp{SP} or @samp{DP} with short displacement (0..127)
1887
1888 @item T
1889 Data-section immediate value
1890
1891 @item I
1892 Integers from @minus{}255 to @minus{}1
1893
1894 @item J
1895 Integers from 0 to 7---valid bit number in a register
1896
1897 @item K
1898 Integers from 0 to 127---valid displacement for addressing mode
1899
1900 @item L
1901 Integers from 1 to 127
1902
1903 @item M
1904 Integer @minus{}1
1905
1906 @item N
1907 Integer 1
1908
1909 @item O
1910 Zero
1911
1912 @item P
1913 Integers from 0 to 255
1914 @end table
1915
1916 @item MIPS---@file{mips.h}
1917 @table @code
1918 @item d
1919 General-purpose integer register
1920
1921 @item f
1922 Floating-point register (if available)
1923
1924 @item h
1925 @samp{Hi} register
1926
1927 @item l
1928 @samp{Lo} register
1929
1930 @item x
1931 @samp{Hi} or @samp{Lo} register
1932
1933 @item y
1934 General-purpose integer register
1935
1936 @item z
1937 Floating-point status register
1938
1939 @item I
1940 Signed 16-bit constant (for arithmetic instructions)
1941
1942 @item J
1943 Zero
1944
1945 @item K
1946 Zero-extended 16-bit constant (for logic instructions)
1947
1948 @item L
1949 Constant with low 16 bits zero (can be loaded with @code{lui})
1950
1951 @item M
1952 32-bit constant which requires two instructions to load (a constant
1953 which is not @samp{I}, @samp{K}, or @samp{L})
1954
1955 @item N
1956 Negative 16-bit constant
1957
1958 @item O
1959 Exact power of two
1960
1961 @item P
1962 Positive 16-bit constant
1963
1964 @item G
1965 Floating point zero
1966
1967 @item Q
1968 Memory reference that can be loaded with more than one instruction
1969 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1970
1971 @item R
1972 Memory reference that can be loaded with one instruction
1973 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1974
1975 @item S
1976 Memory reference in external OSF/rose PIC format
1977 (@samp{m} is preferable for @code{asm} statements)
1978 @end table
1979
1980 @item Motorola 680x0---@file{m68k.h}
1981 @table @code
1982 @item a
1983 Address register
1984
1985 @item d
1986 Data register
1987
1988 @item f
1989 68881 floating-point register, if available
1990
1991 @item x
1992 Sun FPA (floating-point) register, if available
1993
1994 @item y
1995 First 16 Sun FPA registers, if available
1996
1997 @item I
1998 Integer in the range 1 to 8
1999
2000 @item J
2001 16-bit signed number
2002
2003 @item K
2004 Signed number whose magnitude is greater than 0x80
2005
2006 @item L
2007 Integer in the range @minus{}8 to @minus{}1
2008
2009 @item M
2010 Signed number whose magnitude is greater than 0x100
2011
2012 @item G
2013 Floating point constant that is not a 68881 constant
2014
2015 @item H
2016 Floating point constant that can be used by Sun FPA
2017 @end table
2018
2019 @item Motorola 68HC11 & 68HC12 families---@file{m68hc11.h}
2020 @table @code
2021 @item a
2022 Register 'a'
2023
2024 @item b
2025 Register 'b'
2026
2027 @item d
2028 Register 'd'
2029
2030 @item q
2031 An 8-bit register
2032
2033 @item t
2034 Temporary soft register _.tmp
2035
2036 @item u
2037 A soft register _.d1 to _.d31
2038
2039 @item w
2040 Stack pointer register
2041
2042 @item x
2043 Register 'x'
2044
2045 @item y
2046 Register 'y'
2047
2048 @item z
2049 Pseudo register 'z' (replaced by 'x' or 'y' at the end)
2050
2051 @item A
2052 An address register: x, y or z
2053
2054 @item B
2055 An address register: x or y
2056
2057 @item D
2058 Register pair (x:d) to form a 32-bit value
2059
2060 @item L
2061 Constants in the range @minus{}65536 to 65535
2062
2063 @item M
2064 Constants whose 16-bit low part is zero
2065
2066 @item N
2067 Constant integer 1 or @minus{}1
2068
2069 @item O
2070 Constant integer 16
2071
2072 @item P
2073 Constants in the range @minus{}8 to 2
2074
2075 @end table
2076
2077 @need 1000
2078 @item SPARC---@file{sparc.h}
2079 @table @code
2080 @item f
2081 Floating-point register that can hold 32- or 64-bit values.
2082
2083 @item e
2084 Floating-point register that can hold 64- or 128-bit values.
2085
2086 @item I
2087 Signed 13-bit constant
2088
2089 @item J
2090 Zero
2091
2092 @item K
2093 32-bit constant with the low 12 bits clear (a constant that can be
2094 loaded with the @code{sethi} instruction)
2095
2096 @item L
2097 A constant in the range supported by @code{movcc} instructions
2098
2099 @item M
2100 A constant in the range supported by @code{movrcc} instructions
2101
2102 @item N
2103 Same as @samp{K}, except that it verifies that bits that are not in the
2104 lower 32-bit range are all zero.  Must be used instead of @samp{K} for
2105 modes wider than @code{SImode}
2106
2107 @item G
2108 Floating-point zero
2109
2110 @item H
2111 Signed 13-bit constant, sign-extended to 32 or 64 bits
2112
2113 @item Q
2114 Floating-point constant whose integral representation can
2115 be moved into an integer register using a single sethi
2116 instruction
2117
2118 @item R
2119 Floating-point constant whose integral representation can
2120 be moved into an integer register using a single mov
2121 instruction
2122
2123 @item S
2124 Floating-point constant whose integral representation can
2125 be moved into an integer register using a high/lo_sum
2126 instruction sequence
2127
2128 @item T
2129 Memory address aligned to an 8-byte boundary
2130
2131 @item U
2132 Even register
2133
2134 @item W
2135 Memory address for @samp{e} constraint registers.
2136
2137 @end table
2138
2139 @item TMS320C3x/C4x---@file{c4x.h}
2140 @table @code
2141 @item a
2142 Auxiliary (address) register (ar0-ar7)
2143
2144 @item b
2145 Stack pointer register (sp)
2146
2147 @item c
2148 Standard (32-bit) precision integer register
2149
2150 @item f
2151 Extended (40-bit) precision register (r0-r11)
2152
2153 @item k
2154 Block count register (bk)
2155
2156 @item q
2157 Extended (40-bit) precision low register (r0-r7)
2158
2159 @item t
2160 Extended (40-bit) precision register (r0-r1)
2161
2162 @item u
2163 Extended (40-bit) precision register (r2-r3)
2164
2165 @item v
2166 Repeat count register (rc)
2167
2168 @item x
2169 Index register (ir0-ir1)
2170
2171 @item y
2172 Status (condition code) register (st)
2173
2174 @item z
2175 Data page register (dp)
2176
2177 @item G
2178 Floating-point zero
2179
2180 @item H
2181 Immediate 16-bit floating-point constant
2182
2183 @item I
2184 Signed 16-bit constant
2185
2186 @item J
2187 Signed 8-bit constant
2188
2189 @item K
2190 Signed 5-bit constant
2191
2192 @item L
2193 Unsigned 16-bit constant
2194
2195 @item M
2196 Unsigned 8-bit constant
2197
2198 @item N
2199 Ones complement of unsigned 16-bit constant
2200
2201 @item O
2202 High 16-bit constant (32-bit constant with 16 LSBs zero)
2203
2204 @item Q
2205 Indirect memory reference with signed 8-bit or index register displacement
2206
2207 @item R
2208 Indirect memory reference with unsigned 5-bit displacement
2209
2210 @item S
2211 Indirect memory reference with 1 bit or index register displacement
2212
2213 @item T
2214 Direct memory reference
2215
2216 @item U
2217 Symbolic address
2218
2219 @end table
2220
2221 @item S/390 and zSeries---@file{s390.h}
2222 @table @code
2223 @item a
2224 Address register (general purpose register except r0)
2225
2226 @item d
2227 Data register (arbitrary general purpose register)
2228
2229 @item f
2230 Floating-point register
2231
2232 @item I
2233 Unsigned 8-bit constant (0--255)
2234
2235 @item J
2236 Unsigned 12-bit constant (0--4095)
2237
2238 @item K
2239 Signed 16-bit constant (@minus{}32768--32767)
2240
2241 @item L
2242 Unsigned 16-bit constant (0--65535)
2243
2244 @item Q
2245 Memory reference without index register
2246
2247 @item S
2248 Symbolic constant suitable for use with the @code{larl} instruction
2249
2250 @end table
2251
2252 @item Xstormy16---@file{stormy16.h}
2253 @table @code
2254 @item a
2255 Register r0.
2256
2257 @item b
2258 Register r1.
2259
2260 @item c
2261 Register r2.
2262
2263 @item d
2264 Register r8.
2265
2266 @item e
2267 Registers r0 through r7.
2268
2269 @item t
2270 Registers r0 and r1.
2271
2272 @item y
2273 The carry register.
2274
2275 @item z
2276 Registers r8 and r9.
2277
2278 @item I
2279 A constant between 0 and 3 inclusive.
2280
2281 @item J
2282 A constant that has exactly one bit set.
2283
2284 @item K
2285 A constant that has exactly one bit clear.
2286
2287 @item L
2288 A constant between 0 and 255 inclusive.
2289
2290 @item M
2291 A constant between @minus{}255 and 0 inclusive.
2292
2293 @item N
2294 A constant between @minus{}3 and 0 inclusive.
2295
2296 @item O
2297 A constant between 1 and 4 inclusive.
2298
2299 @item P
2300 A constant between @minus{}4 and @minus{}1 inclusive.
2301
2302 @item Q
2303 A memory reference that is a stack push.
2304
2305 @item R
2306 A memory reference that is a stack pop.
2307
2308 @item S
2309 A memory reference that refers to an constant address of known value.
2310
2311 @item T
2312 The register indicated by Rx (not implemented yet).
2313
2314 @item U
2315 A constant that is not between 2 and 15 inclusive.
2316
2317 @end table
2318
2319 @item Xtensa---@file{xtensa.h}
2320 @table @code
2321 @item a
2322 General-purpose 32-bit register
2323
2324 @item b
2325 One-bit boolean register
2326
2327 @item A
2328 MAC16 40-bit accumulator register
2329
2330 @item I
2331 Signed 12-bit integer constant, for use in MOVI instructions
2332
2333 @item J
2334 Signed 8-bit integer constant, for use in ADDI instructions
2335
2336 @item K
2337 Integer constant valid for BccI instructions
2338
2339 @item L
2340 Unsigned constant valid for BccUI instructions
2341
2342 @end table
2343
2344 @end table
2345
2346 @ifset INTERNALS
2347 @node Standard Names
2348 @section Standard Pattern Names For Generation
2349 @cindex standard pattern names
2350 @cindex pattern names
2351 @cindex names, pattern
2352
2353 Here is a table of the instruction names that are meaningful in the RTL
2354 generation pass of the compiler.  Giving one of these names to an
2355 instruction pattern tells the RTL generation pass that it can use the
2356 pattern to accomplish a certain task.
2357
2358 @table @asis
2359 @cindex @code{mov@var{m}} instruction pattern
2360 @item @samp{mov@var{m}}
2361 Here @var{m} stands for a two-letter machine mode name, in lower case.
2362 This instruction pattern moves data with that machine mode from operand
2363 1 to operand 0.  For example, @samp{movsi} moves full-word data.
2364
2365 If operand 0 is a @code{subreg} with mode @var{m} of a register whose
2366 own mode is wider than @var{m}, the effect of this instruction is
2367 to store the specified value in the part of the register that corresponds
2368 to mode @var{m}.  Bits outside of @var{m}, but which are within the
2369 same target word as the @code{subreg} are undefined.  Bits which are
2370 outside the target word are left unchanged.
2371
2372 This class of patterns is special in several ways.  First of all, each
2373 of these names up to and including full word size @emph{must} be defined,
2374 because there is no other way to copy a datum from one place to another.
2375 If there are patterns accepting operands in larger modes,
2376 @samp{mov@var{m}} must be defined for integer modes of those sizes.
2377
2378 Second, these patterns are not used solely in the RTL generation pass.
2379 Even the reload pass can generate move insns to copy values from stack
2380 slots into temporary registers.  When it does so, one of the operands is
2381 a hard register and the other is an operand that can need to be reloaded
2382 into a register.
2383
2384 @findex force_reg
2385 Therefore, when given such a pair of operands, the pattern must generate
2386 RTL which needs no reloading and needs no temporary registers---no
2387 registers other than the operands.  For example, if you support the
2388 pattern with a @code{define_expand}, then in such a case the
2389 @code{define_expand} mustn't call @code{force_reg} or any other such
2390 function which might generate new pseudo registers.
2391
2392 This requirement exists even for subword modes on a RISC machine where
2393 fetching those modes from memory normally requires several insns and
2394 some temporary registers.
2395
2396 @findex change_address
2397 During reload a memory reference with an invalid address may be passed
2398 as an operand.  Such an address will be replaced with a valid address
2399 later in the reload pass.  In this case, nothing may be done with the
2400 address except to use it as it stands.  If it is copied, it will not be
2401 replaced with a valid address.  No attempt should be made to make such
2402 an address into a valid address and no routine (such as
2403 @code{change_address}) that will do so may be called.  Note that
2404 @code{general_operand} will fail when applied to such an address.
2405
2406 @findex reload_in_progress
2407 The global variable @code{reload_in_progress} (which must be explicitly
2408 declared if required) can be used to determine whether such special
2409 handling is required.
2410
2411 The variety of operands that have reloads depends on the rest of the
2412 machine description, but typically on a RISC machine these can only be
2413 pseudo registers that did not get hard registers, while on other
2414 machines explicit memory references will get optional reloads.
2415
2416 If a scratch register is required to move an object to or from memory,
2417 it can be allocated using @code{gen_reg_rtx} prior to life analysis.
2418
2419 If there are cases which need scratch registers during or after reload,
2420 you must define @code{SECONDARY_INPUT_RELOAD_CLASS} and/or
2421 @code{SECONDARY_OUTPUT_RELOAD_CLASS} to detect them, and provide
2422 patterns @samp{reload_in@var{m}} or @samp{reload_out@var{m}} to handle
2423 them.  @xref{Register Classes}.
2424
2425 @findex no_new_pseudos
2426 The global variable @code{no_new_pseudos} can be used to determine if it
2427 is unsafe to create new pseudo registers.  If this variable is nonzero, then
2428 it is unsafe to call @code{gen_reg_rtx} to allocate a new pseudo.
2429
2430 The constraints on a @samp{mov@var{m}} must permit moving any hard
2431 register to any other hard register provided that
2432 @code{HARD_REGNO_MODE_OK} permits mode @var{m} in both registers and
2433 @code{REGISTER_MOVE_COST} applied to their classes returns a value of 2.
2434
2435 It is obligatory to support floating point @samp{mov@var{m}}
2436 instructions into and out of any registers that can hold fixed point
2437 values, because unions and structures (which have modes @code{SImode} or
2438 @code{DImode}) can be in those registers and they may have floating
2439 point members.
2440
2441 There may also be a need to support fixed point @samp{mov@var{m}}
2442 instructions in and out of floating point registers.  Unfortunately, I
2443 have forgotten why this was so, and I don't know whether it is still
2444 true.  If @code{HARD_REGNO_MODE_OK} rejects fixed point values in
2445 floating point registers, then the constraints of the fixed point
2446 @samp{mov@var{m}} instructions must be designed to avoid ever trying to
2447 reload into a floating point register.
2448
2449 @cindex @code{reload_in} instruction pattern
2450 @cindex @code{reload_out} instruction pattern
2451 @item @samp{reload_in@var{m}}
2452 @itemx @samp{reload_out@var{m}}
2453 Like @samp{mov@var{m}}, but used when a scratch register is required to
2454 move between operand 0 and operand 1.  Operand 2 describes the scratch
2455 register.  See the discussion of the @code{SECONDARY_RELOAD_CLASS}
2456 macro in @pxref{Register Classes}.
2457
2458 There are special restrictions on the form of the @code{match_operand}s
2459 used in these patterns.  First, only the predicate for the reload
2460 operand is examined, i.e., @code{reload_in} examines operand 1, but not
2461 the predicates for operand 0 or 2.  Second, there may be only one
2462 alternative in the constraints.  Third, only a single register class
2463 letter may be used for the constraint; subsequent constraint letters
2464 are ignored.  As a special exception, an empty constraint string
2465 matches the @code{ALL_REGS} register class.  This may relieve ports
2466 of the burden of defining an @code{ALL_REGS} constraint letter just
2467 for these patterns.
2468
2469 @cindex @code{movstrict@var{m}} instruction pattern
2470 @item @samp{movstrict@var{m}}
2471 Like @samp{mov@var{m}} except that if operand 0 is a @code{subreg}
2472 with mode @var{m} of a register whose natural mode is wider,
2473 the @samp{movstrict@var{m}} instruction is guaranteed not to alter
2474 any of the register except the part which belongs to mode @var{m}.
2475
2476 @cindex @code{load_multiple} instruction pattern
2477 @item @samp{load_multiple}
2478 Load several consecutive memory locations into consecutive registers.
2479 Operand 0 is the first of the consecutive registers, operand 1
2480 is the first memory location, and operand 2 is a constant: the
2481 number of consecutive registers.
2482
2483 Define this only if the target machine really has such an instruction;
2484 do not define this if the most efficient way of loading consecutive
2485 registers from memory is to do them one at a time.
2486
2487 On some machines, there are restrictions as to which consecutive
2488 registers can be stored into memory, such as particular starting or
2489 ending register numbers or only a range of valid counts.  For those
2490 machines, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
2491 and make the pattern fail if the restrictions are not met.
2492
2493 Write the generated insn as a @code{parallel} with elements being a
2494 @code{set} of one register from the appropriate memory location (you may
2495 also need @code{use} or @code{clobber} elements).  Use a
2496 @code{match_parallel} (@pxref{RTL Template}) to recognize the insn.  See
2497 @file{a29k.md} and @file{rs6000.md} for examples of the use of this insn
2498 pattern.
2499
2500 @cindex @samp{store_multiple} instruction pattern
2501 @item @samp{store_multiple}
2502 Similar to @samp{load_multiple}, but store several consecutive registers
2503 into consecutive memory locations.  Operand 0 is the first of the
2504 consecutive memory locations, operand 1 is the first register, and
2505 operand 2 is a constant: the number of consecutive registers.
2506
2507 @cindex @code{push@var{m}} instruction pattern
2508 @item @samp{push@var{m}}
2509 Output a push instruction.  Operand 0 is value to push.  Used only when
2510 @code{PUSH_ROUNDING} is defined.  For historical reason, this pattern may be
2511 missing and in such case an @code{mov} expander is used instead, with a
2512 @code{MEM} expression forming the push operation.  The @code{mov} expander
2513 method is deprecated.
2514
2515 @cindex @code{add@var{m}3} instruction pattern
2516 @item @samp{add@var{m}3}
2517 Add operand 2 and operand 1, storing the result in operand 0.  All operands
2518 must have mode @var{m}.  This can be used even on two-address machines, by
2519 means of constraints requiring operands 1 and 0 to be the same location.
2520
2521 @cindex @code{sub@var{m}3} instruction pattern
2522 @cindex @code{mul@var{m}3} instruction pattern
2523 @cindex @code{div@var{m}3} instruction pattern
2524 @cindex @code{udiv@var{m}3} instruction pattern
2525 @cindex @code{mod@var{m}3} instruction pattern
2526 @cindex @code{umod@var{m}3} instruction pattern
2527 @cindex @code{smin@var{m}3} instruction pattern
2528 @cindex @code{smax@var{m}3} instruction pattern
2529 @cindex @code{umin@var{m}3} instruction pattern
2530 @cindex @code{umax@var{m}3} instruction pattern
2531 @cindex @code{and@var{m}3} instruction pattern
2532 @cindex @code{ior@var{m}3} instruction pattern
2533 @cindex @code{xor@var{m}3} instruction pattern
2534 @item @samp{sub@var{m}3}, @samp{mul@var{m}3}
2535 @itemx @samp{div@var{m}3}, @samp{udiv@var{m}3}, @samp{mod@var{m}3}, @samp{umod@var{m}3}
2536 @itemx @samp{smin@var{m}3}, @samp{smax@var{m}3}, @samp{umin@var{m}3}, @samp{umax@var{m}3}
2537 @itemx @samp{and@var{m}3}, @samp{ior@var{m}3}, @samp{xor@var{m}3}
2538 Similar, for other arithmetic operations.
2539 @cindex @code{min@var{m}3} instruction pattern
2540 @cindex @code{max@var{m}3} instruction pattern
2541 @itemx @samp{min@var{m}3}, @samp{max@var{m}3}
2542 Floating point min and max operations.  If both operands are zeros,
2543 or if either operand is NaN, then it is unspecified which of the two
2544 operands is returned as the result.
2545
2546
2547 @cindex @code{mulhisi3} instruction pattern
2548 @item @samp{mulhisi3}
2549 Multiply operands 1 and 2, which have mode @code{HImode}, and store
2550 a @code{SImode} product in operand 0.
2551
2552 @cindex @code{mulqihi3} instruction pattern
2553 @cindex @code{mulsidi3} instruction pattern
2554 @item @samp{mulqihi3}, @samp{mulsidi3}
2555 Similar widening-multiplication instructions of other widths.
2556
2557 @cindex @code{umulqihi3} instruction pattern
2558 @cindex @code{umulhisi3} instruction pattern
2559 @cindex @code{umulsidi3} instruction pattern
2560 @item @samp{umulqihi3}, @samp{umulhisi3}, @samp{umulsidi3}
2561 Similar widening-multiplication instructions that do unsigned
2562 multiplication.
2563
2564 @cindex @code{smul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2565 @item @samp{smul@var{m}3_highpart}
2566 Perform a signed multiplication of operands 1 and 2, which have mode
2567 @var{m}, and store the most significant half of the product in operand 0.
2568 The least significant half of the product is discarded.
2569
2570 @cindex @code{umul@var{m}3_highpart} instruction pattern
2571 @item @samp{umul@var{m}3_highpart}
2572 Similar, but the multiplication is unsigned.
2573
2574 @cindex @code{divmod@var{m}4} instruction pattern
2575 @item @samp{divmod@var{m}4}
2576 Signed division that produces both a quotient and a remainder.
2577 Operand 1 is divided by operand 2 to produce a quotient stored
2578 in operand 0 and a remainder stored in operand 3.
2579
2580 For machines with an instruction that produces both a quotient and a
2581 remainder, provide a pattern for @samp{divmod@var{m}4} but do not
2582 provide patterns for @samp{div@var{m}3} and @samp{mod@var{m}3}.  This
2583 allows optimization in the relatively common case when both the quotient
2584 and remainder are computed.
2585
2586 If an instruction that just produces a quotient or just a remainder
2587 exists and is more efficient than the instruction that produces both,
2588 write the output routine of @samp{divmod@var{m}4} to call
2589 @code{find_reg_note} and look for a @code{REG_UNUSED} note on the
2590 quotient or remainder and generate the appropriate instruction.
2591
2592 @cindex @code{udivmod@var{m}4} instruction pattern
2593 @item @samp{udivmod@var{m}4}
2594 Similar, but does unsigned division.
2595
2596 @cindex @code{ashl@var{m}3} instruction pattern
2597 @item @samp{ashl@var{m}3}
2598 Arithmetic-shift operand 1 left by a number of bits specified by operand
2599 2, and store the result in operand 0.  Here @var{m} is the mode of
2600 operand 0 and operand 1; operand 2's mode is specified by the
2601 instruction pattern, and the compiler will convert the operand to that
2602 mode before generating the instruction.
2603
2604 @cindex @code{ashr@var{m}3} instruction pattern
2605 @cindex @code{lshr@var{m}3} instruction pattern
2606 @cindex @code{rotl@var{m}3} instruction pattern
2607 @cindex @code{rotr@var{m}3} instruction pattern
2608 @item @samp{ashr@var{m}3}, @samp{lshr@var{m}3}, @samp{rotl@var{m}3}, @samp{rotr@var{m}3}
2609 Other shift and rotate instructions, analogous to the
2610 @code{ashl@var{m}3} instructions.
2611
2612 @cindex @code{neg@var{m}2} instruction pattern
2613 @item @samp{neg@var{m}2}
2614 Negate operand 1 and store the result in operand 0.
2615
2616 @cindex @code{abs@var{m}2} instruction pattern
2617 @item @samp{abs@var{m}2}
2618 Store the absolute value of operand 1 into operand 0.
2619
2620 @cindex @code{sqrt@var{m}2} instruction pattern
2621 @item @samp{sqrt@var{m}2}
2622 Store the square root of operand 1 into operand 0.
2623
2624 The @code{sqrt} built-in function of C always uses the mode which
2625 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sqrtf}
2626 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2627 type @code{float}.
2628
2629 @cindex @code{cos@var{m}2} instruction pattern
2630 @item @samp{cos@var{m}2}
2631 Store the cosine of operand 1 into operand 0.
2632
2633 The @code{cos} built-in function of C always uses the mode which
2634 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{cosf}
2635 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2636 type @code{float}.
2637
2638 @cindex @code{sin@var{m}2} instruction pattern
2639 @item @samp{sin@var{m}2}
2640 Store the sine of operand 1 into operand 0.
2641
2642 The @code{sin} built-in function of C always uses the mode which
2643 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{sinf}
2644 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2645 type @code{float}.
2646
2647 @cindex @code{exp@var{m}2} instruction pattern
2648 @item @samp{exp@var{m}2}
2649 Store the exponential of operand 1 into operand 0.
2650
2651 The @code{exp} built-in function of C always uses the mode which
2652 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{expf}
2653 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2654 type @code{float}.
2655
2656 @cindex @code{log@var{m}2} instruction pattern
2657 @item @samp{log@var{m}2}
2658 Store the natural logarithm of operand 1 into operand 0.
2659
2660 The @code{log} built-in function of C always uses the mode which
2661 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{logf}
2662 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2663 type @code{float}.
2664
2665 @cindex @code{floor@var{m}2} instruction pattern
2666 @item @samp{floor@var{m}2}
2667 Store the largest integral value not greater than argument.
2668
2669 The @code{floor} built-in function of C always uses the mode which
2670 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{floorf}
2671 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2672 type @code{float}.
2673
2674 @cindex @code{trunc@var{m}2} instruction pattern
2675 @item @samp{trunc@var{m}2}
2676 Store the argument rounded to integer towards zero.
2677
2678 The @code{trunc} built-in function of C always uses the mode which
2679 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{truncf}
2680 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2681 type @code{float}.
2682
2683 @cindex @code{round@var{m}2} instruction pattern
2684 @item @samp{round@var{m}2}
2685 Store the argument rounded to integer away from zero.
2686
2687 The @code{round} built-in function of C always uses the mode which
2688 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{roundf}
2689 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2690 type @code{float}.
2691
2692 @cindex @code{ceil@var{m}2} instruction pattern
2693 @item @samp{ceil@var{m}2}
2694 Store the argument rounded to integer away from zero.
2695
2696 The @code{ceil} built-in function of C always uses the mode which
2697 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{ceilf}
2698 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2699 type @code{float}.
2700
2701 @cindex @code{nearbyint@var{m}2} instruction pattern
2702 @item @samp{nearbyint@var{m}2}
2703 Store the argument rounded according to the default rounding mode
2704
2705 The @code{nearbyint} built-in function of C always uses the mode which
2706 corresponds to the C data type @code{double} and the @code{nearbyintf}
2707 built-in function uses the mode which corresponds to the C data
2708 type @code{float}.
2709
2710 @cindex @code{ffs@var{m}2} instruction pattern
2711 @item @samp{ffs@var{m}2}
2712 Store into operand 0 one plus the index of the least significant 1-bit
2713 of operand 1.  If operand 1 is zero, store zero.  @var{m} is the mode
2714 of operand 0; operand 1's mode is specified by the instruction
2715 pattern, and the compiler will convert the operand to that mode before
2716 generating the instruction.
2717
2718 The @code{ffs} built-in function of C always uses the mode which
2719 corresponds to the C data type @code{int}.
2720
2721 @cindex @code{one_cmpl@var{m}2} instruction pattern
2722 @item @samp{one_cmpl@var{m}2}
2723 Store the bitwise-complement of operand 1 into operand 0.
2724
2725 @cindex @code{cmp@var{m}} instruction pattern
2726 @item @samp{cmp@var{m}}
2727 Compare operand 0 and operand 1, and set the condition codes.
2728 The RTL pattern should look like this:
2729
2730 @smallexample
2731 (set (cc0) (compare (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
2732                     (match_operand:@var{m} 1 @dots{})))
2733 @end smallexample
2734
2735 @cindex @code{tst@var{m}} instruction pattern
2736 @item @samp{tst@var{m}}
2737 Compare operand 0 against zero, and set the condition codes.
2738 The RTL pattern should look like this:
2739
2740 @smallexample
2741 (set (cc0) (match_operand:@var{m} 0 @dots{}))
2742 @end smallexample
2743
2744 @samp{tst@var{m}} patterns should not be defined for machines that do
2745 not use @code{(cc0)}.  Doing so would confuse the optimizer since it
2746 would no longer be clear which @code{set} operations were comparisons.
2747 The @samp{cmp@var{m}} patterns should be used instead.
2748
2749 @cindex @code{movstr@var{m}} instruction pattern
2750 @item @samp{movstr@var{m}}
2751 Block move instruction.  The addresses of the destination and source
2752 strings are the first two operands, and both are in mode @code{Pmode}.
2753
2754 The number of bytes to move is the third operand, in mode @var{m}.
2755 Usually, you specify @code{word_mode} for @var{m}.  However, if you can
2756 generate better code knowing the range of valid lengths is smaller than
2757 those representable in a full word, you should provide a pattern with a
2758 mode corresponding to the range of values you can handle efficiently
2759 (e.g., @code{QImode} for values in the range 0--127; note we avoid numbers
2760 that appear negative) and also a pattern with @code{word_mode}.
2761
2762 The fourth operand is the known shared alignment of the source and
2763 destination, in the form of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the
2764 compiler knows that both source and destination are word-aligned,
2765 it may provide the value 4 for this operand.
2766
2767 Descriptions of multiple @code{movstr@var{m}} patterns can only be
2768 beneficial if the patterns for smaller modes have fewer restrictions
2769 on their first, second and fourth operands.  Note that the mode @var{m}
2770 in @code{movstr@var{m}} does not impose any restriction on the mode of
2771 individually moved data units in the block.
2772
2773 These patterns need not give special consideration to the possibility
2774 that the source and destination strings might overlap.
2775
2776 @cindex @code{clrstr@var{m}} instruction pattern
2777 @item @samp{clrstr@var{m}}
2778 Block clear instruction.  The addresses of the destination string is the
2779 first operand, in mode @code{Pmode}.  The number of bytes to clear is
2780 the second operand, in mode @var{m}.  See @samp{movstr@var{m}} for
2781 a discussion of the choice of mode.
2782
2783 The third operand is the known alignment of the destination, in the form
2784 of a @code{const_int} rtx.  Thus, if the compiler knows that the
2785 destination is word-aligned, it may provide the value 4 for this
2786 operand.
2787
2788 The use for multiple @code{clrstr@var{m}} is as for @code{movstr@var{m}}.
2789
2790 @cindex @code{cmpstr@var{m}} instruction pattern
2791 @item @samp{cmpstr@var{m}}
2792 Block compare instruction, with five operands.  Operand 0 is the output;
2793 it has mode @var{m}.  The remaining four operands are like the operands
2794 of @samp{movstr@var{m}}.  The two memory blocks specified are compared
2795 byte by byte in lexicographic order.  The effect of the instruction is
2796 to store a value in operand 0 whose sign indicates the result of the
2797 comparison.
2798
2799 @cindex @code{strlen@var{m}} instruction pattern
2800 @item @samp{strlen@var{m}}
2801 Compute the length of a string, with three operands.
2802 Operand 0 is the result (of mode @var{m}), operand 1 is
2803 a @code{mem} referring to the first character of the string,
2804 operand 2 is the character to search for (normally zero),
2805 and operand 3 is a constant describing the known alignment
2806 of the beginning of the string.
2807
2808 @cindex @code{float@var{mn}2} instruction pattern
2809 @item @samp{float@var{m}@var{n}2}
2810 Convert signed integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m}) to
2811 floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2812 @var{n}).
2813
2814 @cindex @code{floatuns@var{mn}2} instruction pattern
2815 @item @samp{floatuns@var{m}@var{n}2}
2816 Convert unsigned integer operand 1 (valid for fixed point mode @var{m})
2817 to floating point mode @var{n} and store in operand 0 (which has mode
2818 @var{n}).
2819
2820 @cindex @code{fix@var{mn}2} instruction pattern
2821 @item @samp{fix@var{m}@var{n}2}
2822 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2823 point mode @var{n} as a signed number and store in operand 0 (which
2824 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when
2825 the value of operand 1 is an integer.
2826
2827 @cindex @code{fixuns@var{mn}2} instruction pattern
2828 @item @samp{fixuns@var{m}@var{n}2}
2829 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to fixed
2830 point mode @var{n} as an unsigned number and store in operand 0 (which
2831 has mode @var{n}).  This instruction's result is defined only when the
2832 value of operand 1 is an integer.
2833
2834 @cindex @code{ftrunc@var{m}2} instruction pattern
2835 @item @samp{ftrunc@var{m}2}
2836 Convert operand 1 (valid for floating point mode @var{m}) to an
2837 integer value, still represented in floating point mode @var{m}, and
2838 store it in operand 0 (valid for floating point mode @var{m}).
2839
2840 @cindex @code{fix_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2841 @item @samp{fix_trunc@var{m}@var{n}2}
2842 Like @samp{fix@var{m}@var{n}2} but works for any floating point value
2843 of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2844
2845 @cindex @code{fixuns_trunc@var{mn}2} instruction pattern
2846 @item @samp{fixuns_trunc@var{m}@var{n}2}
2847 Like @samp{fixuns@var{m}@var{n}2} but works for any floating point
2848 value of mode @var{m} by converting the value to an integer.
2849
2850 @cindex @code{trunc@var{mn}2} instruction pattern
2851 @item @samp{trunc@var{m}@var{n}2}
2852 Truncate operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2853 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2854 point or both floating point.
2855
2856 @cindex @code{extend@var{mn}2} instruction pattern
2857 @item @samp{extend@var{m}@var{n}2}
2858 Sign-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2859 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2860 point or both floating point.
2861
2862 @cindex @code{zero_extend@var{mn}2} instruction pattern
2863 @item @samp{zero_extend@var{m}@var{n}2}
2864 Zero-extend operand 1 (valid for mode @var{m}) to mode @var{n} and
2865 store in operand 0 (which has mode @var{n}).  Both modes must be fixed
2866 point.
2867
2868 @cindex @code{extv} instruction pattern
2869 @item @samp{extv}
2870 Extract a bit-field from operand 1 (a register or memory operand), where
2871 operand 2 specifies the width in bits and operand 3 the starting bit,
2872 and store it in operand 0.  Operand 0 must have mode @code{word_mode}.
2873 Operand 1 may have mode @code{byte_mode} or @code{word_mode}; often
2874 @code{word_mode} is allowed only for registers.  Operands 2 and 3 must
2875 be valid for @code{word_mode}.
2876
2877 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2878 for operands 2 and 3.
2879
2880 The bit-field value is sign-extended to a full word integer
2881 before it is stored in operand 0.
2882
2883 @cindex @code{extzv} instruction pattern
2884 @item @samp{extzv}
2885 Like @samp{extv} except that the bit-field value is zero-extended.
2886
2887 @cindex @code{insv} instruction pattern
2888 @item @samp{insv}
2889 Store operand 3 (which must be valid for @code{word_mode}) into a
2890 bit-field in operand 0, where operand 1 specifies the width in bits and
2891 operand 2 the starting bit.  Operand 0 may have mode @code{byte_mode} or
2892 @code{word_mode}; often @code{word_mode} is allowed only for registers.
2893 Operands 1 and 2 must be valid for @code{word_mode}.
2894
2895 The RTL generation pass generates this instruction only with constants
2896 for operands 1 and 2.
2897
2898 @cindex @code{mov@var{mode}cc} instruction pattern
2899 @item @samp{mov@var{mode}cc}
2900 Conditionally move operand 2 or operand 3 into operand 0 according to the
2901 comparison in operand 1.  If the comparison is true, operand 2 is moved
2902 into operand 0, otherwise operand 3 is moved.
2903
2904 The mode of the operands being compared need not be the same as the operands
2905 being moved.  Some machines, sparc64 for example, have instructions that
2906 conditionally move an integer value based on the floating point condition
2907 codes and vice versa.
2908
2909 If the machine does not have conditional move instructions, do not
2910 define these patterns.
2911
2912 @cindex @code{s@var{cond}} instruction pattern
2913 @item @samp{s@var{cond}}
2914 Store zero or nonzero in the operand according to the condition codes.
2915 Value stored is nonzero iff the condition @var{cond} is true.
2916 @var{cond} is the name of a comparison operation expression code, such
2917 as @code{eq}, @code{lt} or @code{leu}.
2918
2919 You specify the mode that the operand must have when you write the
2920 @code{match_operand} expression.  The compiler automatically sees
2921 which mode you have used and supplies an operand of that mode.
2922
2923 The value stored for a true condition must have 1 as its low bit, or
2924 else must be negative.  Otherwise the instruction is not suitable and
2925 you should omit it from the machine description.  You describe to the
2926 compiler exactly which value is stored by defining the macro
2927 @code{STORE_FLAG_VALUE} (@pxref{Misc}).  If a description cannot be
2928 found that can be used for all the @samp{s@var{cond}} patterns, you
2929 should omit those operations from the machine description.
2930
2931 These operations may fail, but should do so only in relatively
2932 uncommon cases; if they would fail for common cases involving
2933 integer comparisons, it is best to omit these patterns.
2934
2935 If these operations are omitted, the compiler will usually generate code
2936 that copies the constant one to the target and branches around an
2937 assignment of zero to the target.  If this code is more efficient than
2938 the potential instructions used for the @samp{s@var{cond}} pattern
2939 followed by those required to convert the result into a 1 or a zero in
2940 @code{SImode}, you should omit the @samp{s@var{cond}} operations from
2941 the machine description.
2942
2943 @cindex @code{b@var{cond}} instruction pattern
2944 @item @samp{b@var{cond}}
2945 Conditional branch instruction.  Operand 0 is a @code{label_ref} that
2946 refers to the label to jump to.  Jump if the condition codes meet
2947 condition @var{cond}.
2948
2949 Some machines do not follow the model assumed here where a comparison
2950 instruction is followed by a conditional branch instruction.  In that
2951 case, the @samp{cmp@var{m}} (and @samp{tst@var{m}}) patterns should
2952 simply store the operands away and generate all the required insns in a
2953 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) for the conditional
2954 branch operations.  All calls to expand @samp{b@var{cond}} patterns are
2955 immediately preceded by calls to expand either a @samp{cmp@var{m}}
2956 pattern or a @samp{tst@var{m}} pattern.
2957
2958 Machines that use a pseudo register for the condition code value, or
2959 where the mode used for the comparison depends on the condition being
2960 tested, should also use the above mechanism.  @xref{Jump Patterns}.
2961
2962 The above discussion also applies to the @samp{mov@var{mode}cc} and
2963 @samp{s@var{cond}} patterns.
2964
2965 @cindex @code{jump} instruction pattern
2966 @item @samp{jump}
2967 A jump inside a function; an unconditional branch.  Operand 0 is the
2968 @code{label_ref} of the label to jump to.  This pattern name is mandatory
2969 on all machines.
2970
2971 @cindex @code{call} instruction pattern
2972 @item @samp{call}
2973 Subroutine call instruction returning no value.  Operand 0 is the
2974 function to call; operand 1 is the number of bytes of arguments pushed
2975 as a @code{const_int}; operand 2 is the number of registers used as
2976 operands.
2977
2978 On most machines, operand 2 is not actually stored into the RTL
2979 pattern.  It is supplied for the sake of some RISC machines which need
2980 to put this information into the assembler code; they can put it in
2981 the RTL instead of operand 1.
2982
2983 Operand 0 should be a @code{mem} RTX whose address is the address of the
2984 function.  Note, however, that this address can be a @code{symbol_ref}
2985 expression even if it would not be a legitimate memory address on the
2986 target machine.  If it is also not a valid argument for a call
2987 instruction, the pattern for this operation should be a
2988 @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions}) that places the
2989 address into a register and uses that register in the call instruction.
2990
2991 @cindex @code{call_value} instruction pattern
2992 @item @samp{call_value}
2993 Subroutine call instruction returning a value.  Operand 0 is the hard
2994 register in which the value is returned.  There are three more
2995 operands, the same as the three operands of the @samp{call}
2996 instruction (but with numbers increased by one).
2997
2998 Subroutines that return @code{BLKmode} objects use the @samp{call}
2999 insn.
3000
3001 @cindex @code{call_pop} instruction pattern
3002 @cindex @code{call_value_pop} instruction pattern
3003 @item @samp{call_pop}, @samp{call_value_pop}
3004 Similar to @samp{call} and @samp{call_value}, except used if defined and
3005 if @code{RETURN_POPS_ARGS} is nonzero.  They should emit a @code{parallel}
3006 that contains both the function call and a @code{set} to indicate the
3007 adjustment made to the frame pointer.
3008
3009 For machines where @code{RETURN_POPS_ARGS} can be nonzero, the use of these
3010 patterns increases the number of functions for which the frame pointer
3011 can be eliminated, if desired.
3012
3013 @cindex @code{untyped_call} instruction pattern
3014 @item @samp{untyped_call}
3015 Subroutine call instruction returning a value of any type.  Operand 0 is
3016 the function to call; operand 1 is a memory location where the result of
3017 calling the function is to be stored; operand 2 is a @code{parallel}
3018 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3019 the saving of a function return value into the result block.
3020
3021 This instruction pattern should be defined to support
3022 @code{__builtin_apply} on machines where special instructions are needed
3023 to call a subroutine with arbitrary arguments or to save the value
3024 returned.  This instruction pattern is required on machines that have
3025 multiple registers that can hold a return value
3026 (i.e.@: @code{FUNCTION_VALUE_REGNO_P} is true for more than one register).
3027
3028 @cindex @code{return} instruction pattern
3029 @item @samp{return}
3030 Subroutine return instruction.  This instruction pattern name should be
3031 defined only if a single instruction can do all the work of returning
3032 from a function.
3033
3034 Like the @samp{mov@var{m}} patterns, this pattern is also used after the
3035 RTL generation phase.  In this case it is to support machines where
3036 multiple instructions are usually needed to return from a function, but
3037 some class of functions only requires one instruction to implement a
3038 return.  Normally, the applicable functions are those which do not need
3039 to save any registers or allocate stack space.
3040
3041 @findex reload_completed
3042 @findex leaf_function_p
3043 For such machines, the condition specified in this pattern should only
3044 be true when @code{reload_completed} is nonzero and the function's
3045 epilogue would only be a single instruction.  For machines with register
3046 windows, the routine @code{leaf_function_p} may be used to determine if
3047 a register window push is required.
3048
3049 Machines that have conditional return instructions should define patterns
3050 such as
3051
3052 @smallexample
3053 (define_insn ""
3054   [(set (pc)
3055         (if_then_else (match_operator
3056                          0 "comparison_operator"
3057                          [(cc0) (const_int 0)])
3058                       (return)
3059                       (pc)))]
3060   "@var{condition}"
3061   "@dots{}")
3062 @end smallexample
3063
3064 where @var{condition} would normally be the same condition specified on the
3065 named @samp{return} pattern.
3066
3067 @cindex @code{untyped_return} instruction pattern
3068 @item @samp{untyped_return}
3069 Untyped subroutine return instruction.  This instruction pattern should
3070 be defined to support @code{__builtin_return} on machines where special
3071 instructions are needed to return a value of any type.
3072
3073 Operand 0 is a memory location where the result of calling a function
3074 with @code{__builtin_apply} is stored; operand 1 is a @code{parallel}
3075 expression where each element is a @code{set} expression that indicates
3076 the restoring of a function return value from the result block.
3077
3078 @cindex @code{nop} instruction pattern
3079 @item @samp{nop}
3080 No-op instruction.  This instruction pattern name should always be defined
3081 to output a no-op in assembler code.  @code{(const_int 0)} will do as an
3082 RTL pattern.
3083
3084 @cindex @code{indirect_jump} instruction pattern
3085 @item @samp{indirect_jump}
3086 An instruction to jump to an address which is operand zero.
3087 This pattern name is mandatory on all machines.
3088
3089 @cindex @code{casesi} instruction pattern
3090 @item @samp{casesi}
3091 Instruction to jump through a dispatch table, including bounds checking.
3092 This instruction takes five operands:
3093
3094 @enumerate
3095 @item
3096 The index to dispatch on, which has mode @code{SImode}.
3097
3098 @item
3099 The lower bound for indices in the table, an integer constant.
3100
3101 @item
3102 The total range of indices in the table---the largest index
3103 minus the smallest one (both inclusive).
3104
3105 @item
3106 A label that precedes the table itself.
3107
3108 @item
3109 A label to jump to if the index has a value outside the bounds.
3110 (If the machine-description macro @code{CASE_DROPS_THROUGH} is defined,
3111 then an out-of-bounds index drops through to the code following
3112 the jump table instead of jumping to this label.  In that case,
3113 this label is not actually used by the @samp{casesi} instruction,
3114 but it is always provided as an operand.)
3115 @end enumerate
3116
3117 The table is a @code{addr_vec} or @code{addr_diff_vec} inside of a
3118 @code{jump_insn}.  The number of elements in the table is one plus the
3119 difference between the upper bound and the lower bound.
3120
3121 @cindex @code{tablejump} instruction pattern
3122 @item @samp{tablejump}
3123 Instruction to jump to a variable address.  This is a low-level
3124 capability which can be used to implement a dispatch table when there
3125 is no @samp{casesi} pattern.
3126
3127 This pattern requires two operands: the address or offset, and a label
3128 which should immediately precede the jump table.  If the macro
3129 @code{CASE_VECTOR_PC_RELATIVE} evaluates to a nonzero value then the first
3130 operand is an offset which counts from the address of the table; otherwise,
3131 it is an absolute address to jump to.  In either case, the first operand has
3132 mode @code{Pmode}.
3133
3134 The @samp{tablejump} insn is always the last insn before the jump
3135 table it uses.  Its assembler code normally has no need to use the
3136 second operand, but you should incorporate it in the RTL pattern so
3137 that the jump optimizer will not delete the table as unreachable code.
3138
3139
3140 @cindex @code{decrement_and_branch_until_zero} instruction pattern
3141 @item @samp{decrement_and_branch_until_zero}
3142 Conditional branch instruction that decrements a register and
3143 jumps if the register is nonzero.  Operand 0 is the register to
3144 decrement and test; operand 1 is the label to jump to if the
3145 register is nonzero.  @xref{Looping Patterns}.
3146
3147 This optional instruction pattern is only used by the combiner,
3148 typically for loops reversed by the loop optimizer when strength
3149 reduction is enabled.
3150
3151 @cindex @code{doloop_end} instruction pattern
3152 @item @samp{doloop_end}
3153 Conditional branch instruction that decrements a register and jumps if
3154 the register is nonzero.  This instruction takes five operands: Operand
3155 0 is the register to decrement and test; operand 1 is the number of loop
3156 iterations as a @code{const_int} or @code{const0_rtx} if this cannot be
3157 determined until run-time; operand 2 is the actual or estimated maximum
3158 number of iterations as a @code{const_int}; operand 3 is the number of
3159 enclosed loops as a @code{const_int} (an innermost loop has a value of
3160 1); operand 4 is the label to jump to if the register is nonzero.
3161 @xref{Looping Patterns}.
3162
3163 This optional instruction pattern should be defined for machines with
3164 low-overhead looping instructions as the loop optimizer will try to
3165 modify suitable loops to utilize it.  If nested low-overhead looping is
3166 not supported, use a @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
3167 and make the pattern fail if operand 3 is not @code{const1_rtx}.
3168 Similarly, if the actual or estimated maximum number of iterations is
3169 too large for this instruction, make it fail.
3170
3171 @cindex @code{doloop_begin} instruction pattern
3172 @item @samp{doloop_begin}
3173 Companion instruction to @code{doloop_end} required for machines that
3174 need to perform some initialization, such as loading special registers
3175 used by a low-overhead looping instruction.  If initialization insns do
3176 not always need to be emitted, use a @code{define_expand}
3177 (@pxref{Expander Definitions}) and make it fail.
3178
3179
3180 @cindex @code{canonicalize_funcptr_for_compare} instruction pattern
3181 @item @samp{canonicalize_funcptr_for_compare}
3182 Canonicalize the function pointer in operand 1 and store the result
3183 into operand 0.
3184
3185 Operand 0 is always a @code{reg} and has mode @code{Pmode}; operand 1
3186 may be a @code{reg}, @code{mem}, @code{symbol_ref}, @code{const_int}, etc
3187 and also has mode @code{Pmode}.
3188
3189 Canonicalization of a function pointer usually involves computing
3190 the address of the function which would be called if the function
3191 pointer were used in an indirect call.
3192
3193 Only define this pattern if function pointers on the target machine
3194 can have different values but still call the same function when
3195 used in an indirect call.
3196
3197 @cindex @code{save_stack_block} instruction pattern
3198 @cindex @code{save_stack_function} instruction pattern
3199 @cindex @code{save_stack_nonlocal} instruction pattern
3200 @cindex @code{restore_stack_block} instruction pattern
3201 @cindex @code{restore_stack_function} instruction pattern
3202 @cindex @code{restore_stack_nonlocal} instruction pattern
3203 @item @samp{save_stack_block}
3204 @itemx @samp{save_stack_function}
3205 @itemx @samp{save_stack_nonlocal}
3206 @itemx @samp{restore_stack_block}
3207 @itemx @samp{restore_stack_function}
3208 @itemx @samp{restore_stack_nonlocal}
3209 Most machines save and restore the stack pointer by copying it to or
3210 from an object of mode @code{Pmode}.  Do not define these patterns on
3211 such machines.
3212
3213 Some machines require special handling for stack pointer saves and
3214 restores.  On those machines, define the patterns corresponding to the
3215 non-standard cases by using a @code{define_expand} (@pxref{Expander
3216 Definitions}) that produces the required insns.  The three types of
3217 saves and restores are:
3218
3219 @enumerate
3220 @item
3221 @samp{save_stack_block} saves the stack pointer at the start of a block
3222 that allocates a variable-sized object, and @samp{restore_stack_block}
3223 restores the stack pointer when the block is exited.
3224
3225 @item
3226 @samp{save_stack_function} and @samp{restore_stack_function} do a
3227 similar job for the outermost block of a function and are used when the
3228 function allocates variable-sized objects or calls @code{alloca}.  Only
3229 the epilogue uses the restored stack pointer, allowing a simpler save or
3230 restore sequence on some machines.
3231
3232 @item
3233 @samp{save_stack_nonlocal} is used in functions that contain labels
3234 branched to by nested functions.  It saves the stack pointer in such a
3235 way that the inner function can use @samp{restore_stack_nonlocal} to
3236 restore the stack pointer.  The compiler generates code to restore the
3237 frame and argument pointer registers, but some machines require saving
3238 and restoring additional data such as register window information or
3239 stack backchains.  Place insns in these patterns to save and restore any
3240 such required data.
3241 @end enumerate
3242
3243 When saving the stack pointer, operand 0 is the save area and operand 1
3244 is the stack pointer.  The mode used to allocate the save area defaults
3245 to @code{Pmode} but you can override that choice by defining the
3246 @code{STACK_SAVEAREA_MODE} macro (@pxref{Storage Layout}).  You must
3247 specify an integral mode, or @code{VOIDmode} if no save area is needed
3248 for a particular type of save (either because no save is needed or
3249 because a machine-specific save area can be used).  Operand 0 is the
3250 stack pointer and operand 1 is the save area for restore operations.  If
3251 @samp{save_stack_block} is defined, operand 0 must not be
3252 @code{VOIDmode} since these saves can be arbitrarily nested.
3253
3254 A save area is a @code{mem} that is at a constant offset from
3255 @code{virtual_stack_vars_rtx} when the stack pointer is saved for use by
3256 nonlocal gotos and a @code{reg} in the other two cases.
3257
3258 @cindex @code{allocate_stack} instruction pattern
3259 @item @samp{allocate_stack}
3260 Subtract (or add if @code{STACK_GROWS_DOWNWARD} is undefined) operand 1 from
3261 the stack pointer to create space for dynamically allocated data.
3262
3263 Store the resultant pointer to this space into operand 0.  If you
3264 are allocating space from the main stack, do this by emitting a
3265 move insn to copy @code{virtual_stack_dynamic_rtx} to operand 0.
3266 If you are allocating the space elsewhere, generate code to copy the
3267 location of the space to operand 0.  In the latter case, you must
3268 ensure this space gets freed when the corresponding space on the main
3269 stack is free.
3270
3271 Do not define this pattern if all that must be done is the subtraction.
3272 Some machines require other operations such as stack probes or
3273 maintaining the back chain.  Define this pattern to emit those
3274 operations in addition to updating the stack pointer.
3275
3276 @cindex @code{probe} instruction pattern
3277 @item @samp{probe}
3278 Some machines require instructions to be executed after space is
3279 allocated from the stack, for example to generate a reference at
3280 the bottom of the stack.
3281
3282 If you need to emit instructions before the stack has been adjusted,
3283 put them into the @samp{allocate_stack} pattern.  Otherwise, define
3284 this pattern to emit the required instructions.
3285
3286 No operands are provided.
3287
3288 @cindex @code{check_stack} instruction pattern
3289 @item @samp{check_stack}
3290 If stack checking cannot be done on your system by probing the stack with
3291 a load or store instruction (@pxref{Stack Checking}), define this pattern
3292 to perform the needed check and signaling an error if the stack
3293 has overflowed.  The single operand is the location in the stack furthest
3294 from the current stack pointer that you need to validate.  Normally,
3295 on machines where this pattern is needed, you would obtain the stack
3296 limit from a global or thread-specific variable or register.
3297
3298 @cindex @code{nonlocal_goto} instruction pattern
3299 @item @samp{nonlocal_goto}
3300 Emit code to generate a non-local goto, e.g., a jump from one function
3301 to a label in an outer function.  This pattern has four arguments,
3302 each representing a value to be used in the jump.  The first
3303 argument is to be loaded into the frame pointer, the second is
3304 the address to branch to (code to dispatch to the actual label),
3305 the third is the address of a location where the stack is saved,
3306 and the last is the address of the label, to be placed in the
3307 location for the incoming static chain.
3308
3309 On most machines you need not define this pattern, since GCC will
3310 already generate the correct code, which is to load the frame pointer
3311 and static chain, restore the stack (using the
3312 @samp{restore_stack_nonlocal} pattern, if defined), and jump indirectly
3313 to the dispatcher.  You need only define this pattern if this code will
3314 not work on your machine.
3315
3316 @cindex @code{nonlocal_goto_receiver} instruction pattern
3317 @item @samp{nonlocal_goto_receiver}
3318 This pattern, if defined, contains code needed at the target of a
3319 nonlocal goto after the code already generated by GCC@.  You will not
3320 normally need to define this pattern.  A typical reason why you might
3321 need this pattern is if some value, such as a pointer to a global table,
3322 must be restored when the frame pointer is restored.  Note that a nonlocal
3323 goto only occurs within a unit-of-translation, so a global table pointer
3324 that is shared by all functions of a given module need not be restored.
3325 There are no arguments.
3326
3327 @cindex @code{exception_receiver} instruction pattern
3328 @item @samp{exception_receiver}
3329 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3330 exception handler that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3331 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3332 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3333 table, must be restored after control flow is branched to the handler of
3334 an exception.  There are no arguments.
3335
3336 @cindex @code{builtin_setjmp_setup} instruction pattern
3337 @item @samp{builtin_setjmp_setup}
3338 This pattern, if defined, contains additional code needed to initialize
3339 the @code{jmp_buf}.  You will not normally need to define this pattern.
3340 A typical reason why you might need this pattern is if some value, such
3341 as a pointer to a global table, must be restored.  Though it is
3342 preferred that the pointer value be recalculated if possible (given the
3343 address of a label for instance).  The single argument is a pointer to
3344 the @code{jmp_buf}.  Note that the buffer is five words long and that
3345 the first three are normally used by the generic mechanism.
3346
3347 @cindex @code{builtin_setjmp_receiver} instruction pattern
3348 @item @samp{builtin_setjmp_receiver}
3349 This pattern, if defined, contains code needed at the site of an
3350 built-in setjmp that isn't needed at the site of a nonlocal goto.  You
3351 will not normally need to define this pattern.  A typical reason why you
3352 might need this pattern is if some value, such as a pointer to a global
3353 table, must be restored.  It takes one argument, which is the label
3354 to which builtin_longjmp transfered control; this pattern may be emitted
3355 at a small offset from that label.
3356
3357 @cindex @code{builtin_longjmp} instruction pattern
3358 @item @samp{builtin_longjmp}
3359 This pattern, if defined, performs the entire action of the longjmp.
3360 You will not normally need to define this pattern unless you also define
3361 @code{builtin_setjmp_setup}.  The single argument is a pointer to the
3362 @code{jmp_buf}.
3363
3364 @cindex @code{eh_return} instruction pattern
3365 @item @samp{eh_return}
3366 This pattern, if defined, affects the way @code{__builtin_eh_return},
3367 and thence the call frame exception handling library routines, are
3368 built.  It is intended to handle non-trivial actions needed along
3369 the abnormal return path.
3370
3371 The pattern takes two arguments.  The first is an offset to be applied
3372 to the stack pointer.  It will have been copied to some appropriate
3373 location (typically @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}) which will survive
3374 until after reload to when the normal epilogue is generated.
3375 The second argument is the address of the exception handler to which
3376 the function should return.  This will normally need to copied by the
3377 pattern to some special register or memory location.
3378
3379 This pattern only needs to be defined if call frame exception handling
3380 is to be used, and simple moves involving @code{EH_RETURN_STACKADJ_RTX}
3381 and @code{EH_RETURN_HANDLER_RTX} are not sufficient.
3382
3383 @cindex @code{prologue} instruction pattern
3384 @anchor{prologue instruction pattern}
3385 @item @samp{prologue}
3386 This pattern, if defined, emits RTL for entry to a function.  The function
3387 entry is responsible for setting up the stack frame, initializing the frame
3388 pointer register, saving callee saved registers, etc.
3389
3390 Using a prologue pattern is generally preferred over defining
3391 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_PROLOGUE} to emit assembly code for the prologue.
3392
3393 The @code{prologue} pattern is particularly useful for targets which perform
3394 instruction scheduling.
3395
3396 @cindex @code{epilogue} instruction pattern
3397 @anchor{epilogue instruction pattern}
3398 @item @samp{epilogue}
3399 This pattern emits RTL for exit from a function.  The function
3400 exit is responsible for deallocating the stack frame, restoring callee saved
3401 registers and emitting the return instruction.
3402
3403 Using an epilogue pattern is generally preferred over defining
3404 @code{TARGET_ASM_FUNCTION_EPILOGUE} to emit assembly code for the epilogue.
3405
3406 The @code{epilogue} pattern is particularly useful for targets which perform
3407 instruction scheduling or which have delay slots for their return instruction.
3408
3409 @cindex @code{sibcall_epilogue} instruction pattern
3410 @item @samp{sibcall_epilogue}
3411 This pattern, if defined, emits RTL for exit from a function without the final
3412 branch back to the calling function.  This pattern will be emitted before any
3413 sibling call (aka tail call) sites.
3414
3415 The @code{sibcall_epilogue} pattern must not clobber any arguments used for
3416 parameter passing or any stack slots for arguments passed to the current
3417 function.
3418
3419 @cindex @code{trap} instruction pattern
3420 @item @samp{trap}
3421 This pattern, if defined, signals an error, typically by causing some
3422 kind of signal to be raised.  Among other places, it is used by the Java
3423 front end to signal `invalid array index' exceptions.
3424
3425 @cindex @code{conditional_trap} instruction pattern
3426 @item @samp{conditional_trap}
3427 Conditional trap instruction.  Operand 0 is a piece of RTL which
3428 performs a comparison.  Operand 1 is the trap code, an integer.
3429
3430 A typical @code{conditional_trap} pattern looks like
3431
3432 @smallexample
3433 (define_insn "conditional_trap"
3434   [(trap_if (match_operator 0 "trap_operator"
3435              [(cc0) (const_int 0)])
3436             (match_operand 1 "const_int_operand" "i"))]
3437   ""
3438   "@dots{}")
3439 @end smallexample
3440
3441 @cindex @code{prefetch} instruction pattern
3442 @item @samp{prefetch}
3443
3444 This pattern, if defined, emits code for a non-faulting data prefetch
3445 instruction.  Operand 0 is the address of the memory to prefetch.  Operand 1
3446 is a constant 1 if the prefetch is preparing for a write to the memory
3447 address, or a constant 0 otherwise.  Operand 2 is the expected degree of
3448 temporal locality of the data and is a value between 0 and 3, inclusive; 0
3449 means that the data has no temporal locality, so it need not be left in the
3450 cache after the access; 3 means that the data has a high degree of temporal
3451 locality and should be left in all levels of cache possible;  1 and 2 mean,
3452 respectively, a low or moderate degree of temporal locality.
3453
3454 Targets that do not support write prefetches or locality hints can ignore
3455 the values of operands 1 and 2.
3456
3457 @end table
3458
3459 @node Pattern Ordering
3460 @section When the Order of Patterns Matters
3461 @cindex Pattern Ordering
3462 @cindex Ordering of Patterns
3463
3464 Sometimes an insn can match more than one instruction pattern.  Then the
3465 pattern that appears first in the machine description is the one used.
3466 Therefore, more specific patterns (patterns that will match fewer things)
3467 and faster instructions (those that will produce better code when they
3468 do match) should usually go first in the description.
3469
3470 In some cases the effect of ordering the patterns can be used to hide
3471 a pattern when it is not valid.  For example, the 68000 has an
3472 instruction for converting a fullword to floating point and another
3473 for converting a byte to floating point.  An instruction converting
3474 an integer to floating point could match either one.  We put the
3475 pattern to convert the fullword first to make sure that one will
3476 be used rather than the other.  (Otherwise a large integer might
3477 be generated as a single-byte immediate quantity, which would not work.)
3478 Instead of using this pattern ordering it would be possible to make the
3479 pattern for convert-a-byte smart enough to deal properly with any
3480 constant value.
3481
3482 @node Dependent Patterns
3483 @section Interdependence of Patterns
3484 @cindex Dependent Patterns
3485 @cindex Interdependence of Patterns
3486
3487 Every machine description must have a named pattern for each of the
3488 conditional branch names @samp{b@var{cond}}.  The recognition template
3489 must always have the form
3490
3491 @example
3492 (set (pc)
3493      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3494                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))
3495                    (pc)))
3496 @end example
3497
3498 @noindent
3499 In addition, every machine description must have an anonymous pattern
3500 for each of the possible reverse-conditional branches.  Their templates
3501 look like
3502
3503 @example
3504 (set (pc)
3505      (if_then_else (@var{cond} (cc0) (const_int 0))
3506                    (pc)
3507                    (label_ref (match_operand 0 "" ""))))
3508 @end example
3509
3510 @noindent
3511 They are necessary because jump optimization can turn direct-conditional
3512 branches into reverse-conditional branches.
3513
3514 It is often convenient to use the @code{match_operator} construct to
3515 reduce the number of patterns that must be specified for branches.  For
3516 example,
3517
3518 @example
3519 (define_insn ""
3520   [(set (pc)
3521         (if_then_else (match_operator 0 "comparison_operator"
3522                                       [(cc0) (const_int 0)])
3523                       (pc)
3524                       (label_ref (match_operand 1 "" ""))))]
3525   "@var{condition}"
3526   "@dots{}")
3527 @end example
3528
3529 In some cases machines support instructions identical except for the
3530 machine mode of one or more operands.  For example, there may be
3531 ``sign-extend halfword'' and ``sign-extend byte'' instructions whose
3532 patterns are
3533
3534 @example
3535 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3536      (extend:SI (match_operand:HI 1 @dots{})))
3537
3538 (set (match_operand:SI 0 @dots{})
3539      (extend:SI (match_operand:QI 1 @dots{})))
3540 @end example
3541
3542 @noindent
3543 Constant integers do not specify a machine mode, so an instruction to
3544 extend a constant value could match either pattern.  The pattern it
3545 actually will match is the one that appears first in the file.  For correct
3546 results, this must be the one for the widest possible mode (@code{HImode},
3547 here).  If the pattern matches the @code{QImode} instruction, the results
3548 will be incorrect if the constant value does not actually fit that mode.
3549
3550 Such instructions to extend constants are rarely generated because they are
3551 optimized away, but they do occasionally happen in nonoptimized
3552 compilations.
3553
3554 If a constraint in a pattern allows a constant, the reload pass may
3555 replace a register with a constant permitted by the constraint in some
3556 cases.  Similarly for memory references.  Because of this substitution,
3557 you should not provide separate patterns for increment and decrement
3558 instructions.  Instead, they should be generated from the same pattern
3559 that supports register-register add insns by examining the operands and
3560 generating the appropriate machine instruction.
3561
3562 @node Jump Patterns
3563 @section Defining Jump Instruction Patterns
3564 @cindex jump instruction patterns
3565 @cindex defining jump instruction patterns
3566
3567 For most machines, GCC assumes that the machine has a condition code.
3568 A comparison insn sets the condition code, recording the results of both
3569 signed and unsigned comparison of the given operands.  A separate branch
3570 insn tests the condition code and branches or not according its value.
3571 The branch insns come in distinct signed and unsigned flavors.  Many
3572 common machines, such as the VAX, the 68000 and the 32000, work this
3573 way.
3574
3575 Some machines have distinct signed and unsigned compare instructions, and
3576 only one set of conditional branch instructions.  The easiest way to handle
3577 these machines is to treat them just like the others until the final stage
3578 where assembly code is written.  At this time, when outputting code for the
3579 compare instruction, peek ahead at the following branch using
3580 @code{next_cc0_user (insn)}.  (The variable @code{insn} refers to the insn
3581 being output, in the output-writing code in an instruction pattern.)  If
3582 the RTL says that is an unsigned branch, output an unsigned compare;
3583 otherwise output a signed compare.  When the branch itself is output, you
3584 can treat signed and unsigned branches identically.
3585
3586 The reason you can do this is that GCC always generates a pair of
3587 consecutive RTL insns, possibly separated by @code{note} insns, one to
3588 set the condition code and one to test it, and keeps the pair inviolate
3589 until the end.
3590
3591 To go with this technique, you must define the machine-description macro
3592 @code{NOTICE_UPDATE_CC} to do @code{CC_STATUS_INIT}; in other words, no
3593 compare instruction is superfluous.
3594
3595 Some machines have compare-and-branch instructions and no condition code.
3596 A similar technique works for them.  When it is time to ``output'' a
3597 compare instruction, record its operands in two static variables.  When
3598 outputting the branch-on-condition-code instruction that follows, actually
3599 output a compare-and-branch instruction that uses the remembered operands.
3600
3601 It also works to define patterns for compare-and-branch instructions.
3602 In optimizing compilation, the pair of compare and branch instructions
3603 will be combined according to these patterns.  But this does not happen
3604 if optimization is not requested.  So you must use one of the solutions
3605 above in addition to any special patterns you define.
3606
3607 In many RISC machines, most instructions do not affect the condition
3608 code and there may not even be a separate condition code register.  On
3609 these machines, the restriction that the definition and use of the
3610 condition code be adjacent insns is not necessary and can prevent
3611 important optimizations.  For example, on the IBM RS/6000, there is a
3612 delay for taken branches unless the condition code register is set three
3613 instructions earlier than the conditional branch.  The instruction
3614 scheduler cannot perform this optimization if it is not permitted to
3615 separate the definition and use of the condition code register.
3616
3617 On these machines, do not use @code{(cc0)}, but instead use a register
3618 to represent the condition code.  If there is a specific condition code
3619 register in the machine, use a hard register.  If the condition code or
3620 comparison result can be placed in any general register, or if there are
3621 multiple condition registers, use a pseudo register.
3622
3623 @findex prev_cc0_setter
3624 @findex next_cc0_user
3625 On some machines, the type of branch instruction generated may depend on
3626 the way the condition code was produced; for example, on the 68k and
3627 SPARC, setting the condition code directly from an add or subtract
3628 instruction does not clear the overflow bit the way that a test
3629 instruction does, so a different branch instruction must be used for
3630 some conditional branches.  For machines that use @code{(cc0)}, the set
3631 and use of the condition code must be adjacent (separated only by
3632 @code{note} insns) allowing flags in @code{cc_status} to be used.
3633 (@xref{Condition Code}.)  Also, the comparison and branch insns can be
3634 located from each other by using the functions @code{prev_cc0_setter}
3635 and @code{next_cc0_user}.
3636
3637 However, this is not true on machines that do not use @code{(cc0)}.  On
3638 those machines, no assumptions can be made about the adjacency of the
3639 compare and branch insns and the above methods cannot be used.  Instead,
3640 we use the machine mode of the condition code register to record
3641 different formats of the condition code register.
3642
3643 Registers used to store the condition code value should have a mode that
3644 is in class @code{MODE_CC}.  Normally, it will be @code{CCmode}.  If
3645 additional modes are required (as for the add example mentioned above in
3646 the SPARC), define the macro @code{EXTRA_CC_MODES} to list the
3647 additional modes required (@pxref{Condition Code}).  Also define
3648 @code{SELECT_CC_MODE} to choose a mode given an operand of a compare.
3649
3650 If it is known during RTL generation that a different mode will be
3651 required (for example, if the machine has separate compare instructions
3652 for signed and unsigned quantities, like most IBM processors), they can
3653 be specified at that time.
3654
3655 If the cases that require different modes would be made by instruction
3656 combination, the macro @code{SELECT_CC_MODE} determines which machine
3657 mode should be used for the comparison result.  The patterns should be
3658 written using that mode.  To support the case of the add on the SPARC
3659 discussed above, we have the pattern
3660
3661 @smallexample
3662 (define_insn ""
3663   [(set (reg:CC_NOOV 0)
3664         (compare:CC_NOOV
3665           (plus:SI (match_operand:SI 0 "register_operand" "%r")
3666                    (match_operand:SI 1 "arith_operand" "rI"))
3667           (const_int 0)))]
3668   ""
3669   "@dots{}")
3670 @end smallexample
3671
3672 The @code{SELECT_CC_MODE} macro on the SPARC returns @code{CC_NOOVmode}
3673 for comparisons whose argument is a @code{plus}.
3674
3675 @node Looping Patterns
3676 @section Defining Looping Instruction Patterns
3677 @cindex looping instruction patterns
3678 @cindex defining looping instruction patterns
3679
3680 Some machines have special jump instructions that can be utilized to
3681 make loops more efficient.  A common example is the 68000 @samp{dbra}
3682 instruction which performs a decrement of a register and a branch if the
3683 result was greater than zero.  Other machines, in particular digital
3684 signal processors (DSPs), have special block repeat instructions to
3685 provide low-overhead loop support.  For example, the TI TMS320C3x/C4x
3686 DSPs have a block repeat instruction that loads special registers to
3687 mark the top and end of a loop and to count the number of loop
3688 iterations.  This avoids the need for fetching and executing a
3689 @samp{dbra}-like instruction and avoids pipeline stalls associated with
3690 the jump.
3691
3692 GCC has three special named patterns to support low overhead looping.
3693 They are @samp{decrement_and_branch_until_zero}, @samp{doloop_begin},
3694 and @samp{doloop_end}.  The first pattern,
3695 @samp{decrement_and_branch_until_zero}, is not emitted during RTL
3696 generation but may be emitted during the instruction combination phase.
3697 This requires the assistance of the loop optimizer, using information
3698 collected during strength reduction, to reverse a loop to count down to
3699 zero.  Some targets also require the loop optimizer to add a
3700 @code{REG_NONNEG} note to indicate that the iteration count is always
3701 positive.  This is needed if the target performs a signed loop
3702 termination test.  For example, the 68000 uses a pattern similar to the
3703 following for its @code{dbra} instruction:
3704
3705 @smallexample
3706 @group
3707 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3708   [(set (pc)
3709         (if_then_else
3710           (ge (plus:SI (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3711                        (const_int -1))
3712               (const_int 0))
3713           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3714           (pc)))
3715    (set (match_dup 0)
3716         (plus:SI (match_dup 0)
3717                  (const_int -1)))]
3718   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3719   "@dots{}")
3720 @end group
3721 @end smallexample
3722
3723 Note that since the insn is both a jump insn and has an output, it must
3724 deal with its own reloads, hence the `m' constraints.  Also note that
3725 since this insn is generated by the instruction combination phase
3726 combining two sequential insns together into an implicit parallel insn,
3727 the iteration counter needs to be biased by the same amount as the
3728 decrement operation, in this case @minus{}1.  Note that the following similar
3729 pattern will not be matched by the combiner.
3730
3731 @smallexample
3732 @group
3733 (define_insn "decrement_and_branch_until_zero"
3734   [(set (pc)
3735         (if_then_else
3736           (ge (match_operand:SI 0 "general_operand" "+d*am")
3737               (const_int 1))
3738           (label_ref (match_operand 1 "" ""))
3739           (pc)))
3740    (set (match_dup 0)
3741         (plus:SI (match_dup 0)
3742                  (const_int -1)))]
3743   "find_reg_note (insn, REG_NONNEG, 0)"
3744   "@dots{}")
3745 @end group
3746 @end smallexample
3747
3748 The other two special looping patterns, @samp{doloop_begin} and
3749 @samp{doloop_end}, are emitted by the loop optimizer for certain
3750 well-behaved loops with a finite number of loop iterations using
3751 information collected during strength reduction.
3752
3753 The @samp{doloop_end} pattern describes the actual looping instruction
3754 (or the implicit looping operation) and the @samp{doloop_begin} pattern
3755 is an optional companion pattern that can be used for initialization
3756 needed for some low-overhead looping instructions.
3757
3758 Note that some machines require the actual looping instruction to be
3759 emitted at the top of the loop (e.g., the TMS320C3x/C4x DSPs).  Emitting
3760 the true RTL for a looping instruction at the top of the loop can cause
3761 problems with flow analysis.  So instead, a dummy @code{doloop} insn is
3762 emitted at the end of the loop.  The machine dependent reorg pass checks
3763 for the presence of this @code{doloop} insn and then searches back to
3764 the top of the loop, where it inserts the true looping insn (provided
3765 there are no instructions in the loop which would cause problems).  Any
3766 additional labels can be emitted at this point.  In addition, if the
3767 desired special iteration counter register was not allocated, this
3768 machine dependent reorg pass could emit a traditional compare and jump
3769 instruction pair.
3770
3771 The essential difference between the
3772 @samp{decrement_and_branch_until_zero} and the @samp{doloop_end}
3773 patterns is that the loop optimizer allocates an additional pseudo
3774 register for the latter as an iteration counter.  This pseudo register
3775 cannot be used within the loop (i.e., general induction variables cannot
3776 be derived from it), however, in many cases the loop induction variable
3777 may become redundant and removed by the flow pass.
3778
3779
3780 @node Insn Canonicalizations
3781 @section Canonicalization of Instructions
3782 @cindex canonicalization of instructions
3783 @cindex insn canonicalization
3784
3785 There are often cases where multiple RTL expressions could represent an
3786 operation performed by a single machine instruction.  This situation is
3787 most commonly encountered with logical, branch, and multiply-accumulate
3788 instructions.  In such cases, the compiler attempts to convert these
3789 multiple RTL expressions into a single canonical form to reduce the
3790 number of insn patterns required.
3791
3792 In addition to algebraic simplifications, following canonicalizations
3793 are performed:
3794
3795 @itemize @bullet
3796 @item
3797 For commutative and comparison operators, a constant is always made the
3798 second operand.  If a machine only supports a constant as the second
3799 operand, only patterns that match a constant in the second operand need
3800 be supplied.
3801
3802 @cindex @code{neg}, canonicalization of
3803 @cindex @code{not}, canonicalization of
3804 @cindex @code{mult}, canonicalization of
3805 @cindex @code{plus}, canonicalization of
3806 @cindex @code{minus}, canonicalization of
3807 For these operators, if only one operand is a @code{neg}, @code{not},
3808 @code{mult}, @code{plus}, or @code{minus} expression, it will be the
3809 first operand.
3810
3811 @item
3812 In combinations of @code{neg}, @code{mult}, @code{plus}, and
3813 @code{minus}, the @code{neg} operations (if any) will be moved inside
3814 the operations as far as possible.  For instance, 
3815 @code{(neg (mult A B))} is canonicalized as @code{(mult (neg A) B)}, but
3816 @code{(plus (mult (neg A) B) C)} is canonicalized as
3817 @code{(minus A (mult B C))}.
3818
3819 @cindex @code{compare}, canonicalization of
3820 @item
3821 For the @code{compare} operator, a constant is always the second operand
3822 on machines where @code{cc0} is used (@pxref{Jump Patterns}).  On other
3823 machines, there are rare cases where the compiler might want to construct
3824 a @code{compare} with a constant as the first operand.  However, these
3825 cases are not common enough for it to be worthwhile to provide a pattern
3826 matching a constant as the first operand unless the machine actually has
3827 such an instruction.
3828
3829 An operand of @code{neg}, @code{not}, @code{mult}, @code{plus}, or
3830 @code{minus} is made the first operand under the same conditions as
3831 above.
3832
3833 @item
3834 @code{(minus @var{x} (const_int @var{n}))} is converted to
3835 @code{(plus @var{x} (const_int @var{-n}))}.
3836
3837 @item
3838 Within address computations (i.e., inside @code{mem}), a left shift is
3839 converted into the appropriate multiplication by a power of two.
3840
3841 @cindex @code{ior}, canonicalization of
3842 @cindex @code{and}, canonicalization of
3843 @cindex De Morgan's law
3844 @item
3845 De`Morgan's Law is used to move bitwise negation inside a bitwise
3846 logical-and or logical-or operation.  If this results in only one
3847 operand being a @code{not} expression, it will be the first one.
3848
3849 A machine that has an instruction that performs a bitwise logical-and of one
3850 operand with the bitwise negation of the other should specify the pattern
3851 for that instruction as
3852
3853 @example
3854 (define_insn ""
3855   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3856         (and:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3857                      (match_operand:@var{m} 2 @dots{})))]
3858   "@dots{}"
3859   "@dots{}")
3860 @end example
3861
3862 @noindent
3863 Similarly, a pattern for a ``NAND'' instruction should be written
3864
3865 @example
3866 (define_insn ""
3867   [(set (match_operand:@var{m} 0 @dots{})
3868         (ior:@var{m} (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 1 @dots{}))
3869                      (not:@var{m} (match_operand:@var{m} 2 @dots{}))))]
3870   "@dots{}"
3871   "@dots{}")
3872 @end example
3873
3874 In both cases, it is not necessary to include patterns for the many
3875 logically equivalent RTL expressions.
3876
3877 @cindex @code{xor}, canonicalization of
3878 @item
3879 The only possible RTL expressions involving both bitwise exclusive-or
3880 and bitwise negation are @code{(xor:@var{m} @var{x} @var{y})}
3881 and @code{(not:@var{m} (xor:@var{m} @var{x} @var{y}))}.
3882
3883 @item
3884 The sum of three items, one of which is a constant, will only appear in
3885 the form
3886
3887 @example
3888 (plus:@var{m} (plus:@var{m} @var{x} @var{y}) @var{constant})
3889 @end example
3890
3891 @item
3892 On machines that do not use @code{cc0},
3893 @code{(compare @var{x} (const_int 0))} will be converted to
3894 @var{x}.
3895
3896 @cindex @code{zero_extract}, canonicalization of
3897 @cindex @code{sign_extract}, canonicalization of
3898 @item
3899 Equality comparisons of a group of bits (usually a single bit) with zero
3900 will be written using @code{zero_extract} rather than the equivalent
3901 @code{and} or @code{sign_extract} operations.
3902
3903 @end itemize
3904
3905 @node Expander Definitions
3906 @section Defining RTL Sequences for Code Generation
3907 @cindex expander definitions
3908 @cindex code generation RTL sequences
3909 @cindex defining RTL sequences for code generation
3910
3911 On some target machines, some standard pattern names for RTL generation
3912 cannot be handled with single insn, but a sequence of RTL insns can
3913 represent them.  For these target machines, you can write a
3914 @code{define_expand} to specify how to generate the sequence of RTL@.
3915
3916 @findex define_expand
3917 A @code{define_expand} is an RTL expression that looks almost like a
3918 @code{define_insn}; but, unlike the latter, a @code{define_expand} is used
3919 only for RTL generation and it can produce more than one RTL insn.
3920
3921 A @code{define_expand} RTX has four operands:
3922
3923 @itemize @bullet
3924 @item
3925 The name.  Each @code{define_expand} must have a name, since the only
3926 use for it is to refer to it by name.
3927
3928 @item
3929 The RTL template.  This is a vector of RTL expressions representing
3930 a sequence of separate instructions.  Unlike @code{define_insn}, there
3931 is no implicit surrounding @code{PARALLEL}.
3932
3933 @item
3934 The condition, a string containing a C expression.  This expression is
3935 used to express how the availability of this pattern depends on
3936 subclasses of target machine, selected by command-line options when GCC
3937 is run.  This is just like the condition of a @code{define_insn} that
3938 has a standard name.  Therefore, the condition (if present) may not
3939 depend on the data in the insn being matched, but only the
3940 target-machine-type flags.  The compiler needs to test these conditions
3941 during initialization in order to learn exactly which named instructions
3942 are available in a particular run.
3943
3944 @item
3945 The preparation statements, a string containing zero or more C
3946 statements which are to be executed before RTL code is generated from
3947 the RTL template.
3948
3949 Usually these statements prepare temporary registers for use as
3950 internal operands in the RTL template, but they can also generate RTL
3951 insns directly by calling routines such as @code{emit_insn}, etc.
3952 Any such insns precede the ones that come from the RTL template.
3953 @end itemize
3954
3955 Every RTL insn emitted by a @code{define_expand} must match some
3956 @code{define_insn} in the machine description.  Otherwise, the compiler
3957 will crash when trying to generate code for the insn or trying to optimize
3958 it.
3959
3960 The RTL template, in addition to controlling generation of RTL insns,
3961 also describes the operands that need to be specified when this pattern
3962 is used.  In particular, it gives a predicate for each operand.
3963
3964 A true operand, which needs to be specified in order to generate RTL from
3965 the pattern, should be described with a @code{match_operand} in its first
3966 occurrence in the RTL template.  This enters information on the operand's
3967 predicate into the tables that record such things.  GCC uses the
3968 information to preload the operand into a register if that is required for
3969 valid RTL code.  If the operand is referred to more than once, subsequent
3970 references should use @code{match_dup}.
3971
3972 The RTL template may also refer to internal ``operands'' which are
3973 temporary registers or labels used only within the sequence made by the
3974 @code{define_expand}.  Internal operands are substituted into the RTL
3975 template with @code{match_dup}, never with @code{match_operand}.  The
3976 values of the internal operands are not passed in as arguments by the
3977 compiler when it requests use of this pattern.  Instead, they are computed
3978 within the pattern, in the preparation statements.  These statements
3979 compute the values and store them into the appropriate elements of
3980 @code{operands} so that @code{match_dup} can find them.
3981
3982 There are two special macros defined for use in the preparation statements:
3983 @code{DONE} and @code{FAIL}.  Use them with a following semicolon,
3984 as a statement.
3985
3986 @table @code
3987
3988 @findex DONE
3989 @item DONE
3990 Use the @code{DONE} macro to end RTL generation for the pattern.  The
3991 only RTL insns resulting from the pattern on this occasion will be
3992 those already emitted by explicit calls to @code{emit_insn} within the
3993 preparation statements; the RTL template will not be generated.
3994
3995 @findex FAIL
3996 @item FAIL
3997 Make the pattern fail on this occasion.  When a pattern fails, it means
3998 that the pattern was not truly available.  The calling routines in the
3999 compiler will try other strategies for code generation using other patterns.
4000
4001 Failure is currently supported only for binary (addition, multiplication,
4002 shifting, etc.) and bit-field (@code{extv}, @code{extzv}, and @code{insv})
4003 operations.
4004 @end table
4005
4006 If the preparation falls through (invokes neither @code{DONE} nor
4007 @code{FAIL}), then the @code{define_expand} acts like a
4008 @code{define_insn} in that the RTL template is used to generate the
4009 insn.
4010
4011 The RTL template is not used for matching, only for generating the
4012 initial insn list.  If the preparation statement always invokes
4013 @code{DONE} or @code{FAIL}, the RTL template may be reduced to a simple
4014 list of operands, such as this example:
4015
4016 @smallexample
4017 @group
4018 (define_expand "addsi3"
4019   [(match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4020    (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4021    (match_operand:SI 2 "register_operand" "")]
4022 @end group
4023 @group
4024   ""
4025   "
4026 @{
4027   handle_add (operands[0], operands[1], operands[2]);
4028   DONE;
4029 @}")
4030 @end group
4031 @end smallexample
4032
4033 Here is an example, the definition of left-shift for the SPUR chip:
4034
4035 @smallexample
4036 @group
4037 (define_expand "ashlsi3"
4038   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4039         (ashift:SI
4040 @end group
4041 @group
4042           (match_operand:SI 1 "register_operand" "")
4043           (match_operand:SI 2 "nonmemory_operand" "")))]
4044   ""
4045   "
4046 @end group
4047 @end smallexample
4048
4049 @smallexample
4050 @group
4051 @{
4052   if (GET_CODE (operands[2]) != CONST_INT
4053       || (unsigned) INTVAL (operands[2]) > 3)
4054     FAIL;
4055 @}")
4056 @end group
4057 @end smallexample
4058
4059 @noindent
4060 This example uses @code{define_expand} so that it can generate an RTL insn
4061 for shifting when the shift-count is in the supported range of 0 to 3 but
4062 fail in other cases where machine insns aren't available.  When it fails,
4063 the compiler tries another strategy using different patterns (such as, a
4064 library call).
4065
4066 If the compiler were able to handle nontrivial condition-strings in
4067 patterns with names, then it would be possible to use a
4068 @code{define_insn} in that case.  Here is another case (zero-extension
4069 on the 68000) which makes more use of the power of @code{define_expand}:
4070
4071 @smallexample
4072 (define_expand "zero_extendhisi2"
4073   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "")
4074         (const_int 0))
4075    (set (strict_low_part
4076           (subreg:HI
4077             (match_dup 0)
4078             0))
4079         (match_operand:HI 1 "general_operand" ""))]
4080   ""
4081   "operands[1] = make_safe_from (operands[1], operands[0]);")
4082 @end smallexample
4083
4084 @noindent
4085 @findex make_safe_from
4086 Here two RTL insns are generated, one to clear the entire output operand
4087 and the other to copy the input operand into its low half.  This sequence
4088 is incorrect if the input operand refers to [the old value of] the output
4089 operand, so the preparation statement makes sure this isn't so.  The
4090 function @code{make_safe_from} copies the @code{operands[1]} into a
4091 temporary register if it refers to @code{operands[0]}.  It does this
4092 by emitting another RTL insn.
4093
4094 Finally, a third example shows the use of an internal operand.
4095 Zero-extension on the SPUR chip is done by @code{and}-ing the result
4096 against a halfword mask.  But this mask cannot be represented by a
4097 @code{const_int} because the constant value is too large to be legitimate
4098 on this machine.  So it must be copied into a register with
4099 @code{force_reg} and then the register used in the @code{and}.
4100
4101 @smallexample
4102 (define_expand "zero_extendhisi2"
4103   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4104         (and:SI (subreg:SI
4105                   (match_operand:HI 1 "register_operand" "")
4106                   0)
4107                 (match_dup 2)))]
4108   ""
4109   "operands[2]
4110      = force_reg (SImode, GEN_INT (65535)); ")
4111 @end smallexample
4112
4113 @strong{Note:} If the @code{define_expand} is used to serve a
4114 standard binary or unary arithmetic operation or a bit-field operation,
4115 then the last insn it generates must not be a @code{code_label},
4116 @code{barrier} or @code{note}.  It must be an @code{insn},
4117 @code{jump_insn} or @code{call_insn}.  If you don't need a real insn
4118 at the end, emit an insn to copy the result of the operation into
4119 itself.  Such an insn will generate no code, but it can avoid problems
4120 in the compiler.
4121
4122 @node Insn Splitting
4123 @section Defining How to Split Instructions
4124 @cindex insn splitting
4125 @cindex instruction splitting
4126 @cindex splitting instructions
4127
4128 There are two cases where you should specify how to split a pattern
4129 into multiple insns.  On machines that have instructions requiring
4130 delay slots (@pxref{Delay Slots}) or that have instructions whose
4131 output is not available for multiple cycles (@pxref{Processor pipeline
4132 description}), the compiler phases that optimize these cases need to
4133 be able to move insns into one-instruction delay slots.  However, some
4134 insns may generate more than one machine instruction.  These insns
4135 cannot be placed into a delay slot.
4136
4137 Often you can rewrite the single insn as a list of individual insns,
4138 each corresponding to one machine instruction.  The disadvantage of
4139 doing so is that it will cause the compilation to be slower and require
4140 more space.  If the resulting insns are too complex, it may also
4141 suppress some optimizations.  The compiler splits the insn if there is a
4142 reason to believe that it might improve instruction or delay slot
4143 scheduling.
4144
4145 The insn combiner phase also splits putative insns.  If three insns are
4146 merged into one insn with a complex expression that cannot be matched by
4147 some @code{define_insn} pattern, the combiner phase attempts to split
4148 the complex pattern into two insns that are recognized.  Usually it can
4149 break the complex pattern into two patterns by splitting out some
4150 subexpression.  However, in some other cases, such as performing an
4151 addition of a large constant in two insns on a RISC machine, the way to
4152 split the addition into two insns is machine-dependent.
4153
4154 @findex define_split
4155 The @code{define_split} definition tells the compiler how to split a
4156 complex insn into several simpler insns.  It looks like this:
4157
4158 @smallexample
4159 (define_split
4160   [@var{insn-pattern}]
4161   "@var{condition}"
4162   [@var{new-insn-pattern-1}
4163    @var{new-insn-pattern-2}
4164    @dots{}]
4165   "@var{preparation-statements}")
4166 @end smallexample
4167
4168 @var{insn-pattern} is a pattern that needs to be split and
4169 @var{condition} is the final condition to be tested, as in a
4170 @code{define_insn}.  When an insn matching @var{insn-pattern} and
4171 satisfying @var{condition} is found, it is replaced in the insn list
4172 with the insns given by @var{new-insn-pattern-1},
4173 @var{new-insn-pattern-2}, etc.
4174
4175 The @var{preparation-statements} are similar to those statements that
4176 are specified for @code{define_expand} (@pxref{Expander Definitions})
4177 and are executed before the new RTL is generated to prepare for the
4178 generated code or emit some insns whose pattern is not fixed.  Unlike
4179 those in @code{define_expand}, however, these statements must not
4180 generate any new pseudo-registers.  Once reload has completed, they also
4181 must not allocate any space in the stack frame.
4182
4183 Patterns are matched against @var{insn-pattern} in two different
4184 circumstances.  If an insn needs to be split for delay slot scheduling
4185 or insn scheduling, the insn is already known to be valid, which means
4186 that it must have been matched by some @code{define_insn} and, if
4187 @code{reload_completed} is nonzero, is known to satisfy the constraints
4188 of that @code{define_insn}.  In that case, the new insn patterns must
4189 also be insns that are matched by some @code{define_insn} and, if
4190 @code{reload_completed} is nonzero, must also satisfy the constraints
4191 of those definitions.
4192
4193 As an example of this usage of @code{define_split}, consider the following
4194 example from @file{a29k.md}, which splits a @code{sign_extend} from
4195 @code{HImode} to @code{SImode} into a pair of shift insns:
4196
4197 @smallexample
4198 (define_split
4199   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4200         (sign_extend:SI (match_operand:HI 1 "gen_reg_operand" "")))]
4201   ""
4202   [(set (match_dup 0)
4203         (ashift:SI (match_dup 1)
4204                    (const_int 16)))
4205    (set (match_dup 0)
4206         (ashiftrt:SI (match_dup 0)
4207                      (const_int 16)))]
4208   "
4209 @{ operands[1] = gen_lowpart (SImode, operands[1]); @}")
4210 @end smallexample
4211
4212 When the combiner phase tries to split an insn pattern, it is always the
4213 case that the pattern is @emph{not} matched by any @code{define_insn}.
4214 The combiner pass first tries to split a single @code{set} expression
4215 and then the same @code{set} expression inside a @code{parallel}, but
4216 followed by a @code{clobber} of a pseudo-reg to use as a scratch
4217 register.  In these cases, the combiner expects exactly two new insn
4218 patterns to be generated.  It will verify that these patterns match some
4219 @code{define_insn} definitions, so you need not do this test in the
4220 @code{define_split} (of course, there is no point in writing a
4221 @code{define_split} that will never produce insns that match).
4222
4223 Here is an example of this use of @code{define_split}, taken from
4224 @file{rs6000.md}:
4225
4226 @smallexample
4227 (define_split
4228   [(set (match_operand:SI 0 "gen_reg_operand" "")
4229         (plus:SI (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4230                  (match_operand:SI 2 "non_add_cint_operand" "")))]
4231   ""
4232   [(set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 1) (match_dup 3)))
4233    (set (match_dup 0) (plus:SI (match_dup 0) (match_dup 4)))]
4234 "
4235 @{
4236   int low = INTVAL (operands[2]) & 0xffff;
4237   int high = (unsigned) INTVAL (operands[2]) >> 16;
4238
4239   if (low & 0x8000)
4240     high++, low |= 0xffff0000;
4241
4242   operands[3] = GEN_INT (high << 16);
4243   operands[4] = GEN_INT (low);
4244 @}")
4245 @end smallexample
4246
4247 Here the predicate @code{non_add_cint_operand} matches any
4248 @code{const_int} that is @emph{not} a valid operand of a single add
4249 insn.  The add with the smaller displacement is written so that it
4250 can be substituted into the address of a subsequent operation.
4251
4252 An example that uses a scratch register, from the same file, generates
4253 an equality comparison of a register and a large constant:
4254
4255 @smallexample
4256 (define_split
4257   [(set (match_operand:CC 0 "cc_reg_operand" "")
4258         (compare:CC (match_operand:SI 1 "gen_reg_operand" "")
4259                     (match_operand:SI 2 "non_short_cint_operand" "")))
4260    (clobber (match_operand:SI 3 "gen_reg_operand" ""))]
4261   "find_single_use (operands[0], insn, 0)
4262    && (GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == EQ
4263        || GET_CODE (*find_single_use (operands[0], insn, 0)) == NE)"
4264   [(set (match_dup 3) (xor:SI (match_dup 1) (match_dup 4)))
4265    (set (match_dup 0) (compare:CC (match_dup 3) (match_dup 5)))]
4266   "
4267 @{
4268   /* Get the constant we are comparing against, C, and see what it
4269      looks like sign-extended to 16 bits.  Then see what constant
4270      could be XOR'ed with C to get the sign-extended value.  */
4271
4272   int c = INTVAL (operands[2]);
4273   int sextc = (c << 16) >> 16;
4274   int xorv = c ^ sextc;
4275
4276   operands[4] = GEN_INT (xorv);
4277   operands[5] = GEN_INT (sextc);
4278 @}")
4279 @end smallexample
4280
4281 To avoid confusion, don't write a single @code{define_split} that
4282 accepts some insns that match some @code{define_insn} as well as some
4283 insns that don't.  Instead, write two separate @code{define_split}
4284 definitions, one for the insns that are valid and one for the insns that
4285 are not valid.
4286
4287 The splitter is allowed to split jump instructions into sequence of
4288 jumps or create new jumps in while splitting non-jump instructions.  As
4289 the central flowgraph and branch prediction information needs to be updated,
4290 several restriction apply.
4291
4292 Splitting of jump instruction into sequence that over by another jump
4293 instruction is always valid, as compiler expect identical behavior of new
4294 jump.  When new sequence contains multiple jump instructions or new labels,
4295 more assistance is needed.  Splitter is required to create only unconditional
4296 jumps, or simple conditional jump instructions.  Additionally it must attach a
4297 @code{REG_BR_PROB} note to each conditional jump. An global variable
4298 @code{split_branch_probability} hold the probability of original branch in case
4299 it was an simple conditional jump, @minus{}1 otherwise.  To simplify
4300 recomputing of edge frequencies, new sequence is required to have only
4301 forward jumps to the newly created labels.
4302
4303 @findex define_insn_and_split
4304 For the common case where the pattern of a define_split exactly matches the
4305 pattern of a define_insn, use @code{define_insn_and_split}.  It looks like
4306 this:
4307
4308 @smallexample
4309 (define_insn_and_split
4310   [@var{insn-pattern}]
4311   "@var{condition}"
4312   "@var{output-template}"
4313   "@var{split-condition}"
4314   [@var{new-insn-pattern-1}
4315    @var{new-insn-pattern-2}
4316    @dots{}]
4317   "@var{preparation-statements}"
4318   [@var{insn-attributes}])
4319
4320 @end smallexample
4321
4322 @var{insn-pattern}, @var{condition}, @var{output-template}, and
4323 @var{insn-attributes} are used as in @code{define_insn}.  The
4324 @var{new-insn-pattern} vector and the @var{preparation-statements} are used as
4325 in a @code{define_split}.  The @var{split-condition} is also used as in
4326 @code{define_split}, with the additional behavior that if the condition starts
4327 with @samp{&&}, the condition used for the split will be the constructed as a
4328 logical ``and'' of the split condition with the insn condition.  For example,
4329 from i386.md:
4330
4331 @smallexample
4332 (define_insn_and_split "zero_extendhisi2_and"
4333   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "=r")
4334      (zero_extend:SI (match_operand:HI 1 "register_operand" "0")))
4335    (clobber (reg:CC 17))]
4336   "TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size"
4337   "#"
4338   "&& reload_completed"
4339   [(parallel [(set (match_dup 0)
4340                    (and:SI (match_dup 0) (const_int 65535)))
4341               (clobber (reg:CC 17))])]
4342   ""
4343   [(set_attr "type" "alu1")])
4344
4345 @end smallexample
4346
4347 In this case, the actual split condition will be
4348 @samp{TARGET_ZERO_EXTEND_WITH_AND && !optimize_size && reload_completed}.
4349
4350 The @code{define_insn_and_split} construction provides exactly the same
4351 functionality as two separate @code{define_insn} and @code{define_split}
4352 patterns.  It exists for compactness, and as a maintenance tool to prevent
4353 having to ensure the two patterns' templates match.
4354
4355 @node Including Patterns
4356 @section Including Patterns in Machine Descriptions.
4357 @cindex insn includes
4358
4359 @findex include
4360 The @code{include} pattern tells the compiler tools where to
4361 look for patterns that are in files other than in the file
4362 @file{.md}. This is used only at build time and there is no preprocessing allowed.
4363
4364 It looks like:
4365
4366 @smallexample
4367
4368 (include
4369   @var{pathname})
4370 @end smallexample
4371
4372 For example:
4373
4374 @smallexample
4375
4376 (include "filestuff")
4377
4378 @end smallexample
4379
4380 Where @var{pathname} is a string that specifies the location of the file,
4381 specifies the include file to be in @file{gcc/config/target/filestuff}. The
4382 directory @file{gcc/config/target} is regarded as the default directory.
4383
4384
4385 Machine descriptions may be split up into smaller more manageable subsections
4386 and placed into subdirectories.
4387
4388 By specifying:
4389
4390 @smallexample
4391
4392 (include "BOGUS/filestuff")
4393
4394 @end smallexample
4395
4396 the include file is specified to be in @file{gcc/config/@var{target}/BOGUS/filestuff}.
4397
4398 Specifying an absolute path for the include file such as;
4399 @smallexample
4400
4401 (include "/u2/BOGUS/filestuff")
4402
4403 @end smallexample
4404 is permitted but is not encouraged.
4405
4406 @subsection RTL Generation Tool Options for Directory Search
4407 @cindex directory options .md
4408 @cindex options, directory search
4409 @cindex search options
4410
4411 The @option{-I@var{dir}} option specifies directories to search for machine descriptions.
4412 For example:
4413
4414 @smallexample
4415
4416 genrecog -I/p1/abc/proc1 -I/p2/abcd/pro2 target.md
4417
4418 @end smallexample
4419
4420
4421 Add the directory @var{dir} to the head of the list of directories to be
4422 searched for header files.  This can be used to override a system machine definition
4423 file, substituting your own version, since these directories are
4424 searched before the default machine description file directories.  If you use more than
4425 one @option{-I} option, the directories are scanned in left-to-right
4426 order; the standard default directory come after.
4427
4428
4429 @node Peephole Definitions
4430 @section Machine-Specific Peephole Optimizers
4431 @cindex peephole optimizer definitions
4432 @cindex defining peephole optimizers
4433
4434 In addition to instruction patterns the @file{md} file may contain
4435 definitions of machine-specific peephole optimizations.
4436
4437 The combiner does not notice certain peephole optimizations when the data
4438 flow in the program does not suggest that it should try them.  For example,
4439 sometimes two consecutive insns related in purpose can be combined even
4440 though the second one does not appear to use a register computed in the
4441 first one.  A machine-specific peephole optimizer can detect such
4442 opportunities.
4443
4444 There are two forms of peephole definitions that may be used.  The
4445 original @code{define_peephole} is run at assembly output time to
4446 match insns and substitute assembly text.  Use of @code{define_peephole}
4447 is deprecated.
4448
4449 A newer @code{define_peephole2} matches insns and substitutes new
4450 insns.  The @code{peephole2} pass is run after register allocation
4451 but before scheduling, which may result in much better code for
4452 targets that do scheduling.
4453
4454 @menu
4455 * define_peephole::     RTL to Text Peephole Optimizers
4456 * define_peephole2::    RTL to RTL Peephole Optimizers
4457 @end menu
4458
4459 @node define_peephole
4460 @subsection RTL to Text Peephole Optimizers
4461 @findex define_peephole
4462
4463 @need 1000
4464 A definition looks like this:
4465
4466 @smallexample
4467 (define_peephole
4468   [@var{insn-pattern-1}
4469    @var{insn-pattern-2}
4470    @dots{}]
4471   "@var{condition}"
4472   "@var{template}"
4473   "@var{optional-insn-attributes}")
4474 @end smallexample
4475
4476 @noindent
4477 The last string operand may be omitted if you are not using any
4478 machine-specific information in this machine description.  If present,
4479 it must obey the same rules as in a @code{define_insn}.
4480
4481 In this skeleton, @var{insn-pattern-1} and so on are patterns to match
4482 consecutive insns.  The optimization applies to a sequence of insns when
4483 @var{insn-pattern-1} matches the first one, @var{insn-pattern-2} matches
4484 the next, and so on.
4485
4486 Each of the insns matched by a peephole must also match a
4487 @code{define_insn}.  Peepholes are checked only at the last stage just
4488 before code generation, and only optionally.  Therefore, any insn which
4489 would match a peephole but no @code{define_insn} will cause a crash in code
4490 generation in an unoptimized compilation, or at various optimization
4491 stages.
4492
4493 The operands of the insns are matched with @code{match_operands},
4494 @code{match_operator}, and @code{match_dup}, as usual.  What is not
4495 usual is that the operand numbers apply to all the insn patterns in the
4496 definition.  So, you can check for identical operands in two insns by
4497 using @code{match_operand} in one insn and @code{match_dup} in the
4498 other.
4499
4500 The operand constraints used in @code{match_operand} patterns do not have
4501 any direct effect on the applicability of the peephole, but they will
4502 be validated afterward, so make sure your constraints are general enough
4503 to apply whenever the peephole matches.  If the peephole matches
4504 but the constraints are not satisfied, the compiler will crash.
4505
4506 It is safe to omit constraints in all the operands of the peephole; or
4507 you can write constraints which serve as a double-check on the criteria
4508 previously tested.
4509
4510 Once a sequence of insns matches the patterns, the @var{condition} is
4511 checked.  This is a C expression which makes the final decision whether to
4512 perform the optimization (we do so if the expression is nonzero).  If
4513 @var{condition} is omitted (in other words, the string is empty) then the
4514 optimization is applied to every sequence of insns that matches the
4515 patterns.
4516
4517 The defined peephole optimizations are applied after register allocation
4518 is complete.  Therefore, the peephole definition can check which
4519 operands have ended up in which kinds of registers, just by looking at
4520 the operands.
4521
4522 @findex prev_active_insn
4523 The way to refer to the operands in @var{condition} is to write
4524 @code{operands[@var{i}]} for operand number @var{i} (as matched by
4525 @code{(match_operand @var{i} @dots{})}).  Use the variable @code{insn}
4526 to refer to the last of the insns being matched; use
4527 @code{prev_active_insn} to find the preceding insns.
4528
4529 @findex dead_or_set_p
4530 When optimizing computations with intermediate results, you can use
4531 @var{condition} to match only when the intermediate results are not used
4532 elsewhere.  Use the C expression @code{dead_or_set_p (@var{insn},
4533 @var{op})}, where @var{insn} is the insn in which you expect the value
4534 to be used for the last time (from the value of @code{insn}, together
4535 with use of @code{prev_nonnote_insn}), and @var{op} is the intermediate
4536 value (from @code{operands[@var{i}]}).
4537
4538 Applying the optimization means replacing the sequence of insns with one
4539 new insn.  The @var{template} controls ultimate output of assembler code
4540 for this combined insn.  It works exactly like the template of a
4541 @code{define_insn}.  Operand numbers in this template are the same ones
4542 used in matching the original sequence of insns.
4543
4544 The result of a defined peephole optimizer does not need to match any of
4545 the insn patterns in the machine description; it does not even have an
4546 opportunity to match them.  The peephole optimizer definition itself serves
4547 as the insn pattern to control how the insn is output.
4548
4549 Defined peephole optimizers are run as assembler code is being output,
4550 so the insns they produce are never combined or rearranged in any way.
4551
4552 Here is an example, taken from the 68000 machine description:
4553
4554 @smallexample
4555 (define_peephole
4556   [(set (reg:SI 15) (plus:SI (reg:SI 15) (const_int 4)))
4557    (set (match_operand:DF 0 "register_operand" "=f")
4558         (match_operand:DF 1 "register_operand" "ad"))]
4559   "FP_REG_P (operands[0]) && ! FP_REG_P (operands[1])"
4560 @{
4561   rtx xoperands[2];
4562   xoperands[1] = gen_rtx (REG, SImode, REGNO (operands[1]) + 1);
4563 #ifdef MOTOROLA
4564   output_asm_insn ("move.l %1,(sp)", xoperands);
4565   output_asm_insn ("move.l %1,-(sp)", operands);
4566   return "fmove.d (sp)+,%0";
4567 #else
4568   output_asm_insn ("movel %1,sp@@", xoperands);
4569   output_asm_insn ("movel %1,sp@@-", operands);
4570   return "fmoved sp@@+,%0";
4571 #endif
4572 @})
4573 @end smallexample
4574
4575 @need 1000
4576 The effect of this optimization is to change
4577
4578 @smallexample
4579 @group
4580 jbsr _foobar
4581 addql #4,sp
4582 movel d1,sp@@-
4583 movel d0,sp@@-
4584 fmoved sp@@+,fp0
4585 @end group
4586 @end smallexample
4587
4588 @noindent
4589 into
4590
4591 @smallexample
4592 @group
4593 jbsr _foobar
4594 movel d1,sp@@
4595 movel d0,sp@@-
4596 fmoved sp@@+,fp0
4597 @end group
4598 @end smallexample
4599
4600 @ignore
4601 @findex CC_REVERSED
4602 If a peephole matches a sequence including one or more jump insns, you must
4603 take account of the flags such as @code{CC_REVERSED} which specify that the
4604 condition codes are represented in an unusual manner.  The compiler
4605 automatically alters any ordinary conditional jumps which occur in such
4606 situations, but the compiler cannot alter jumps which have been replaced by
4607 peephole optimizations.  So it is up to you to alter the assembler code
4608 that the peephole produces.  Supply C code to write the assembler output,
4609 and in this C code check the condition code status flags and change the
4610 assembler code as appropriate.
4611 @end ignore
4612
4613 @var{insn-pattern-1} and so on look @emph{almost} like the second
4614 operand of @code{define_insn}.  There is one important difference: the
4615 second operand of @code{define_insn} consists of one or more RTX's
4616 enclosed in square brackets.  Usually, there is only one: then the same
4617 action can be written as an element of a @code{define_peephole}.  But
4618 when there are multiple actions in a @code{define_insn}, they are
4619 implicitly enclosed in a @code{parallel}.  Then you must explicitly
4620 write the @code{parallel}, and the square brackets within it, in the
4621 @code{define_peephole}.  Thus, if an insn pattern looks like this,
4622
4623 @smallexample
4624 (define_insn "divmodsi4"
4625   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4626         (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4627                 (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4628    (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4629         (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))]
4630   "TARGET_68020"
4631   "divsl%.l %2,%3:%0")
4632 @end smallexample
4633
4634 @noindent
4635 then the way to mention this insn in a peephole is as follows:
4636
4637 @smallexample
4638 (define_peephole
4639   [@dots{}
4640    (parallel
4641     [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=d")
4642           (div:SI (match_operand:SI 1 "general_operand" "0")
4643                   (match_operand:SI 2 "general_operand" "dmsK")))
4644      (set (match_operand:SI 3 "general_operand" "=d")
4645           (mod:SI (match_dup 1) (match_dup 2)))])
4646    @dots{}]
4647   @dots{})
4648 @end smallexample
4649
4650 @node define_peephole2
4651 @subsection RTL to RTL Peephole Optimizers
4652 @findex define_peephole2
4653
4654 The @code{define_peephole2} definition tells the compiler how to
4655 substitute one sequence of instructions for another sequence,
4656 what additional scratch registers may be needed and what their
4657 lifetimes must be.
4658
4659 @smallexample
4660 (define_peephole2
4661   [@var{insn-pattern-1}
4662    @var{insn-pattern-2}
4663    @dots{}]
4664   "@var{condition}"
4665   [@var{new-insn-pattern-1}
4666    @var{new-insn-pattern-2}
4667    @dots{}]
4668   "@var{preparation-statements}")
4669 @end smallexample
4670
4671 The definition is almost identical to @code{define_split}
4672 (@pxref{Insn Splitting}) except that the pattern to match is not a
4673 single instruction, but a sequence of instructions.
4674
4675 It is possible to request additional scratch registers for use in the
4676 output template.  If appropriate registers are not free, the pattern
4677 will simply not match.
4678
4679 @findex match_scratch
4680 @findex match_dup
4681 Scratch registers are requested with a @code{match_scratch} pattern at
4682 the top level of the input pattern.  The allocated register (initially) will
4683 be dead at the point requested within the original sequence.  If the scratch
4684 is used at more than a single point, a @code{match_dup} pattern at the
4685 top level of the input pattern marks the last position in the input sequence
4686 at which the register must be available.
4687
4688 Here is an example from the IA-32 machine description:
4689
4690 @smallexample
4691 (define_peephole2
4692   [(match_scratch:SI 2 "r")
4693    (parallel [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "")
4694                    (match_operator:SI 3 "arith_or_logical_operator"
4695                      [(match_dup 0)
4696                       (match_operand:SI 1 "memory_operand" "")]))
4697               (clobber (reg:CC 17))])]
4698   "! optimize_size && ! TARGET_READ_MODIFY"
4699   [(set (match_dup 2) (match_dup 1))
4700    (parallel [(set (match_dup 0)
4701                    (match_op_dup 3 [(match_dup 0) (match_dup 2)]))
4702               (clobber (reg:CC 17))])]
4703   "")
4704 @end smallexample
4705
4706 @noindent
4707 This pattern tries to split a load from its use in the hopes that we'll be
4708 able to schedule around the memory load latency.  It allocates a single
4709 @code{SImode} register of class @code{GENERAL_REGS} (@code{"r"}) that needs
4710 to be live only at the point just before the arithmetic.
4711
4712 A real example requiring extended scratch lifetimes is harder to come by,
4713 so here's a silly made-up example:
4714
4715 @smallexample
4716 (define_peephole2
4717   [(match_scratch:SI 4 "r")
4718    (set (match_operand:SI 0 "" "") (match_operand:SI 1 "" ""))
4719    (set (match_operand:SI 2 "" "") (match_dup 1))
4720    (match_dup 4)
4721    (set (match_operand:SI 3 "" "") (match_dup 1))]
4722   "/* @r{determine 1 does not overlap 0 and 2} */"
4723   [(set (match_dup 4) (match_dup 1))
4724    (set (match_dup 0) (match_dup 4))
4725    (set (match_dup 2) (match_dup 4))]
4726    (set (match_dup 3) (match_dup 4))]
4727   "")
4728 @end smallexample
4729
4730 @noindent
4731 If we had not added the @code{(match_dup 4)} in the middle of the input
4732 sequence, it might have been the case that the register we chose at the
4733 beginning of the sequence is killed by the first or second @code{set}.
4734
4735 @node Insn Attributes
4736 @section Instruction Attributes
4737 @cindex insn attributes
4738 @cindex instruction attributes
4739
4740 In addition to describing the instruction supported by the target machine,
4741 the @file{md} file also defines a group of @dfn{attributes} and a set of
4742 values for each.  Every generated insn is assigned a value for each attribute.
4743 One possible attribute would be the effect that the insn has on the machine's
4744 condition code.  This attribute can then be used by @code{NOTICE_UPDATE_CC}
4745 to track the condition codes.
4746
4747 @menu
4748 * Defining Attributes:: Specifying attributes and their values.
4749 * Expressions::         Valid expressions for attribute values.
4750 * Tagging Insns::       Assigning attribute values to insns.
4751 * Attr Example::        An example of assigning attributes.
4752 * Insn Lengths::        Computing the length of insns.
4753 * Constant Attributes:: Defining attributes that are constant.
4754 * Delay Slots::         Defining delay slots required for a machine.
4755 * Processor pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
4756 @end menu
4757
4758 @node Defining Attributes
4759 @subsection Defining Attributes and their Values
4760 @cindex defining attributes and their values
4761 @cindex attributes, defining
4762
4763 @findex define_attr
4764 The @code{define_attr} expression is used to define each attribute required
4765 by the target machine.  It looks like:
4766
4767 @smallexample
4768 (define_attr @var{name} @var{list-of-values} @var{default})
4769 @end smallexample
4770
4771 @var{name} is a string specifying the name of the attribute being defined.
4772
4773 @var{list-of-values} is either a string that specifies a comma-separated
4774 list of values that can be assigned to the attribute, or a null string to
4775 indicate that the attribute takes numeric values.
4776
4777 @var{default} is an attribute expression that gives the value of this
4778 attribute for insns that match patterns whose definition does not include
4779 an explicit value for this attribute.  @xref{Attr Example}, for more
4780 information on the handling of defaults.  @xref{Constant Attributes},
4781 for information on attributes that do not depend on any particular insn.
4782
4783 @findex insn-attr.h
4784 For each defined attribute, a number of definitions are written to the
4785 @file{insn-attr.h} file.  For cases where an explicit set of values is
4786 specified for an attribute, the following are defined:
4787
4788 @itemize @bullet
4789 @item
4790 A @samp{#define} is written for the symbol @samp{HAVE_ATTR_@var{name}}.
4791
4792 @item
4793 An enumeral class is defined for @samp{attr_@var{name}} with
4794 elements of the form @samp{@var{upper-name}_@var{upper-value}} where
4795 the attribute name and value are first converted to upper case.
4796
4797 @item
4798 A function @samp{get_attr_@var{name}} is defined that is passed an insn and
4799 returns the attribute value for that insn.
4800 @end itemize
4801
4802 For example, if the following is present in the @file{md} file:
4803
4804 @smallexample
4805 (define_attr "type" "branch,fp,load,store,arith" @dots{})
4806 @end smallexample
4807
4808 @noindent
4809 the following lines will be written to the file @file{insn-attr.h}.
4810
4811 @smallexample
4812 #define HAVE_ATTR_type
4813 enum attr_type @{TYPE_BRANCH, TYPE_FP, TYPE_LOAD,
4814                  TYPE_STORE, TYPE_ARITH@};
4815 extern enum attr_type get_attr_type ();
4816 @end smallexample
4817
4818 If the attribute takes numeric values, no @code{enum} type will be
4819 defined and the function to obtain the attribute's value will return
4820 @code{int}.
4821
4822 @node Expressions
4823 @subsection Attribute Expressions
4824 @cindex attribute expressions
4825
4826 RTL expressions used to define attributes use the codes described above
4827 plus a few specific to attribute definitions, to be discussed below.
4828 Attribute value expressions must have one of the following forms:
4829
4830 @table @code
4831 @cindex @code{const_int} and attributes
4832 @item (const_int @var{i})
4833 The integer @var{i} specifies the value of a numeric attribute.  @var{i}
4834 must be non-negative.
4835
4836 The value of a numeric attribute can be specified either with a
4837 @code{const_int}, or as an integer represented as a string in
4838 @code{const_string}, @code{eq_attr} (see below), @code{attr},
4839 @code{symbol_ref}, simple arithmetic expressions, and @code{set_attr}
4840 overrides on specific instructions (@pxref{Tagging Insns}).
4841
4842 @cindex @code{const_string} and attributes
4843 @item (const_string @var{value})
4844 The string @var{value} specifies a constant attribute value.
4845 If @var{value} is specified as @samp{"*"}, it means that the default value of
4846 the attribute is to be used for the insn containing this expression.
4847 @samp{"*"} obviously cannot be used in the @var{default} expression
4848 of a @code{define_attr}.
4849
4850 If the attribute whose value is being specified is numeric, @var{value}
4851 must be a string containing a non-negative integer (normally
4852 @code{const_int} would be used in this case).  Otherwise, it must
4853 contain one of the valid values for the attribute.
4854
4855 @cindex @code{if_then_else} and attributes
4856 @item (if_then_else @var{test} @var{true-value} @var{false-value})
4857 @var{test} specifies an attribute test, whose format is defined below.
4858 The value of this expression is @var{true-value} if @var{test} is true,
4859 otherwise it is @var{false-value}.
4860
4861 @cindex @code{cond} and attributes
4862 @item (cond [@var{test1} @var{value1} @dots{}] @var{default})
4863 The first operand of this expression is a vector containing an even
4864 number of expressions and consisting of pairs of @var{test} and @var{value}
4865 expressions.  The value of the @code{cond} expression is that of the
4866 @var{value} corresponding to the first true @var{test} expression.  If
4867 none of the @var{test} expressions are true, the value of the @code{cond}
4868 expression is that of the @var{default} expression.
4869 @end table
4870
4871 @var{test} expressions can have one of the following forms:
4872
4873 @table @code
4874 @cindex @code{const_int} and attribute tests
4875 @item (const_int @var{i})
4876 This test is true if @var{i} is nonzero and false otherwise.
4877
4878 @cindex @code{not} and attributes
4879 @cindex @code{ior} and attributes
4880 @cindex @code{and} and attributes
4881 @item (not @var{test})
4882 @itemx (ior @var{test1} @var{test2})
4883 @itemx (and @var{test1} @var{test2})
4884 These tests are true if the indicated logical function is true.
4885
4886 @cindex @code{match_operand} and attributes
4887 @item (match_operand:@var{m} @var{n} @var{pred} @var{constraints})
4888 This test is true if operand @var{n} of the insn whose attribute value
4889 is being determined has mode @var{m} (this part of the test is ignored
4890 if @var{m} is @code{VOIDmode}) and the function specified by the string
4891 @var{pred} returns a nonzero value when passed operand @var{n} and mode
4892 @var{m} (this part of the test is ignored if @var{pred} is the null
4893 string).
4894
4895 The @var{constraints} operand is ignored and should be the null string.
4896
4897 @cindex @code{le} and attributes
4898 @cindex @code{leu} and attributes
4899 @cindex @code{lt} and attributes
4900 @cindex @code{gt} and attributes
4901 @cindex @code{gtu} and attributes
4902 @cindex @code{ge} and attributes
4903 @cindex @code{geu} and attributes
4904 @cindex @code{ne} and attributes
4905 @cindex @code{eq} and attributes
4906 @cindex @code{plus} and attributes
4907 @cindex @code{minus} and attributes
4908 @cindex @code{mult} and attributes
4909 @cindex @code{div} and attributes
4910 @cindex @code{mod} and attributes
4911 @cindex @code{abs} and attributes
4912 @cindex @code{neg} and attributes
4913 @cindex @code{ashift} and attributes
4914 @cindex @code{lshiftrt} and attributes
4915 @cindex @code{ashiftrt} and attributes
4916 @item (le @var{arith1} @var{arith2})
4917 @itemx (leu @var{arith1} @var{arith2})
4918 @itemx (lt @var{arith1} @var{arith2})
4919 @itemx (ltu @var{arith1} @var{arith2})
4920 @itemx (gt @var{arith1} @var{arith2})
4921 @itemx (gtu @var{arith1} @var{arith2})
4922 @itemx (ge @var{arith1} @var{arith2})
4923 @itemx (geu @var{arith1} @var{arith2})
4924 @itemx (ne @var{arith1} @var{arith2})
4925 @itemx (eq @var{arith1} @var{arith2})
4926 These tests are true if the indicated comparison of the two arithmetic
4927 expressions is true.  Arithmetic expressions are formed with
4928 @code{plus}, @code{minus}, @code{mult}, @code{div}, @code{mod},
4929 @code{abs}, @code{neg}, @code{and}, @code{ior}, @code{xor}, @code{not},
4930 @code{ashift}, @code{lshiftrt}, and @code{ashiftrt} expressions.
4931
4932 @findex get_attr
4933 @code{const_int} and @code{symbol_ref} are always valid terms (@pxref{Insn
4934 Lengths},for additional forms).  @code{symbol_ref} is a string
4935 denoting a C expression that yields an @code{int} when evaluated by the
4936 @samp{get_attr_@dots{}} routine.  It should normally be a global
4937 variable.
4938
4939 @findex eq_attr
4940 @item (eq_attr @var{name} @var{value})
4941 @var{name} is a string specifying the name of an attribute.
4942
4943 @var{value} is a string that is either a valid value for attribute
4944 @var{name}, a comma-separated list of values, or @samp{!} followed by a
4945 value or list.  If @var{value} does not begin with a @samp{!}, this
4946 test is true if the value of the @var{name} attribute of the current
4947 insn is in the list specified by @var{value}.  If @var{value} begins
4948 with a @samp{!}, this test is true if the attribute's value is
4949 @emph{not} in the specified list.
4950
4951 For example,
4952
4953 @smallexample
4954 (eq_attr "type" "load,store")
4955 @end smallexample
4956
4957 @noindent
4958 is equivalent to
4959
4960 @smallexample
4961 (ior (eq_attr "type" "load") (eq_attr "type" "store"))
4962 @end smallexample
4963
4964 If @var{name} specifies an attribute of @samp{alternative}, it refers to the
4965 value of the compiler variable @code{which_alternative}
4966 (@pxref{Output Statement}) and the values must be small integers.  For
4967 example,
4968
4969 @smallexample
4970 (eq_attr "alternative" "2,3")
4971 @end smallexample
4972
4973 @noindent
4974 is equivalent to
4975
4976 @smallexample
4977 (ior (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 2))
4978      (eq (symbol_ref "which_alternative") (const_int 3)))
4979 @end smallexample
4980
4981 Note that, for most attributes, an @code{eq_attr} test is simplified in cases
4982 where the value of the attribute being tested is known for all insns matching
4983 a particular pattern.  This is by far the most common case.
4984
4985 @findex attr_flag
4986 @item (attr_flag @var{name})
4987 The value of an @code{attr_flag} expression is true if the flag
4988 specified by @var{name} is true for the @code{insn} currently being
4989 scheduled.
4990
4991 @var{name} is a string specifying one of a fixed set of flags to test.
4992 Test the flags @code{forward} and @code{backward} to determine the
4993 direction of a conditional branch.  Test the flags @code{very_likely},
4994 @code{likely}, @code{very_unlikely}, and @code{unlikely} to determine
4995 if a conditional branch is expected to be taken.
4996
4997 If the @code{very_likely} flag is true, then the @code{likely} flag is also
4998 true.  Likewise for the @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags.
4999
5000 This example describes a conditional branch delay slot which
5001 can be nullified for forward branches that are taken (annul-true) or
5002 for backward branches which are not taken (annul-false).
5003
5004 @smallexample
5005 (define_delay (eq_attr "type" "cbranch")
5006   [(eq_attr "in_branch_delay" "true")
5007    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5008         (attr_flag "forward"))
5009    (and (eq_attr "in_branch_delay" "true")
5010         (attr_flag "backward"))])
5011 @end smallexample
5012
5013 The @code{forward} and @code{backward} flags are false if the current
5014 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5015
5016 The @code{very_likely} and @code{likely} flags are true if the
5017 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5018 The @code{very_unlikely} and @code{unlikely} flags are false if the
5019 @code{insn} being scheduled is not a conditional branch.
5020
5021 @code{attr_flag} is only used during delay slot scheduling and has no
5022 meaning to other passes of the compiler.
5023
5024 @findex attr
5025 @item (attr @var{name})
5026 The value of another attribute is returned.  This is most useful
5027 for numeric attributes, as @code{eq_attr} and @code{attr_flag}
5028 produce more efficient code for non-numeric attributes.
5029 @end table
5030
5031 @node Tagging Insns
5032 @subsection Assigning Attribute Values to Insns
5033 @cindex tagging insns
5034 @cindex assigning attribute values to insns
5035
5036 The value assigned to an attribute of an insn is primarily determined by
5037 which pattern is matched by that insn (or which @code{define_peephole}
5038 generated it).  Every @code{define_insn} and @code{define_peephole} can
5039 have an optional last argument to specify the values of attributes for
5040 matching insns.  The value of any attribute not specified in a particular
5041 insn is set to the default value for that attribute, as specified in its
5042 @code{define_attr}.  Extensive use of default values for attributes
5043 permits the specification of the values for only one or two attributes
5044 in the definition of most insn patterns, as seen in the example in the
5045 next section.
5046
5047 The optional last argument of @code{define_insn} and
5048 @code{define_peephole} is a vector of expressions, each of which defines
5049 the value for a single attribute.  The most general way of assigning an
5050 attribute's value is to use a @code{set} expression whose first operand is an
5051 @code{attr} expression giving the name of the attribute being set.  The
5052 second operand of the @code{set} is an attribute expression
5053 (@pxref{Expressions}) giving the value of the attribute.
5054
5055 When the attribute value depends on the @samp{alternative} attribute
5056 (i.e., which is the applicable alternative in the constraint of the
5057 insn), the @code{set_attr_alternative} expression can be used.  It
5058 allows the specification of a vector of attribute expressions, one for
5059 each alternative.
5060
5061 @findex set_attr
5062 When the generality of arbitrary attribute expressions is not required,
5063 the simpler @code{set_attr} expression can be used, which allows
5064 specifying a string giving either a single attribute value or a list
5065 of attribute values, one for each alternative.
5066
5067 The form of each of the above specifications is shown below.  In each case,
5068 @var{name} is a string specifying the attribute to be set.
5069
5070 @table @code
5071 @item (set_attr @var{name} @var{value-string})
5072 @var{value-string} is either a string giving the desired attribute value,
5073 or a string containing a comma-separated list giving the values for
5074 succeeding alternatives.  The number of elements must match the number
5075 of alternatives in the constraint of the insn pattern.
5076
5077 Note that it may be useful to specify @samp{*} for some alternative, in
5078 which case the attribute will assume its default value for insns matching
5079 that alternative.
5080
5081 @findex set_attr_alternative
5082 @item (set_attr_alternative @var{name} [@var{value1} @var{value2} @dots{}])
5083 Depending on the alternative of the insn, the value will be one of the
5084 specified values.  This is a shorthand for using a @code{cond} with
5085 tests on the @samp{alternative} attribute.
5086
5087 @findex attr
5088 @item (set (attr @var{name}) @var{value})
5089 The first operand of this @code{set} must be the special RTL expression
5090 @code{attr}, whose sole operand is a string giving the name of the
5091 attribute being set.  @var{value} is the value of the attribute.
5092 @end table
5093
5094 The following shows three different ways of representing the same
5095 attribute value specification:
5096
5097 @smallexample
5098 (set_attr "type" "load,store,arith")
5099
5100 (set_attr_alternative "type"
5101                       [(const_string "load") (const_string "store")
5102                        (const_string "arith")])
5103
5104 (set (attr "type")
5105      (cond [(eq_attr "alternative" "1") (const_string "load")
5106             (eq_attr "alternative" "2") (const_string "store")]
5107            (const_string "arith")))
5108 @end smallexample
5109
5110 @need 1000
5111 @findex define_asm_attributes
5112 The @code{define_asm_attributes} expression provides a mechanism to
5113 specify the attributes assigned to insns produced from an @code{asm}
5114 statement.  It has the form:
5115
5116 @smallexample
5117 (define_asm_attributes [@var{attr-sets}])
5118 @end smallexample
5119
5120 @noindent
5121 where @var{attr-sets} is specified the same as for both the
5122 @code{define_insn} and the @code{define_peephole} expressions.
5123
5124 These values will typically be the ``worst case'' attribute values.  For
5125 example, they might indicate that the condition code will be clobbered.
5126
5127 A specification for a @code{length} attribute is handled specially.  The
5128 way to compute the length of an @code{asm} insn is to multiply the
5129 length specified in the expression @code{define_asm_attributes} by the
5130 number of machine instructions specified in the @code{asm} statement,
5131 determined by counting the number of semicolons and newlines in the
5132 string.  Therefore, the value of the @code{length} attribute specified
5133 in a @code{define_asm_attributes} should be the maximum possible length
5134 of a single machine instruction.
5135
5136 @node Attr Example
5137 @subsection Example of Attribute Specifications
5138 @cindex attribute specifications example
5139 @cindex attribute specifications
5140
5141 The judicious use of defaulting is important in the efficient use of
5142 insn attributes.  Typically, insns are divided into @dfn{types} and an
5143 attribute, customarily called @code{type}, is used to represent this
5144 value.  This attribute is normally used only to define the default value
5145 for other attributes.  An example will clarify this usage.
5146
5147 Assume we have a RISC machine with a condition code and in which only
5148 full-word operations are performed in registers.  Let us assume that we
5149 can divide all insns into loads, stores, (integer) arithmetic
5150 operations, floating point operations, and branches.
5151
5152 Here we will concern ourselves with determining the effect of an insn on
5153 the condition code and will limit ourselves to the following possible
5154 effects:  The condition code can be set unpredictably (clobbered), not
5155 be changed, be set to agree with the results of the operation, or only
5156 changed if the item previously set into the condition code has been
5157 modified.
5158
5159 Here is part of a sample @file{md} file for such a machine:
5160
5161 @smallexample
5162 (define_attr "type" "load,store,arith,fp,branch" (const_string "arith"))
5163
5164 (define_attr "cc" "clobber,unchanged,set,change0"
5165              (cond [(eq_attr "type" "load")
5166                         (const_string "change0")
5167                     (eq_attr "type" "store,branch")
5168                         (const_string "unchanged")
5169                     (eq_attr "type" "arith")
5170                         (if_then_else (match_operand:SI 0 "" "")
5171                                       (const_string "set")
5172                                       (const_string "clobber"))]
5173                    (const_string "clobber")))
5174
5175 (define_insn ""
5176   [(set (match_operand:SI 0 "general_operand" "=r,r,m")
5177         (match_operand:SI 1 "general_operand" "r,m,r"))]
5178   ""
5179   "@@
5180    move %0,%1
5181    load %0,%1
5182    store %0,%1"
5183   [(set_attr "type" "arith,load,store")])
5184 @end smallexample
5185
5186 Note that we assume in the above example that arithmetic operations
5187 performed on quantities smaller than a machine word clobber the condition
5188 code since they will set the condition code to a value corresponding to the
5189 full-word result.
5190
5191 @node Insn Lengths
5192 @subsection Computing the Length of an Insn
5193 @cindex insn lengths, computing
5194 @cindex computing the length of an insn
5195
5196 For many machines, multiple types of branch instructions are provided, each
5197 for different length branch displacements.  In most cases, the assembler
5198 will choose the correct instruction to use.  However, when the assembler
5199 cannot do so, GCC can when a special attribute, the @samp{length}
5200 attribute, is defined.  This attribute must be defined to have numeric
5201 values by specifying a null string in its @code{define_attr}.
5202
5203 In the case of the @samp{length} attribute, two additional forms of
5204 arithmetic terms are allowed in test expressions:
5205
5206 @table @code
5207 @cindex @code{match_dup} and attributes
5208 @item (match_dup @var{n})
5209 This refers to the address of operand @var{n} of the current insn, which
5210 must be a @code{label_ref}.
5211
5212 @cindex @code{pc} and attributes
5213 @item (pc)
5214 This refers to the address of the @emph{current} insn.  It might have
5215 been more consistent with other usage to make this the address of the
5216 @emph{next} insn but this would be confusing because the length of the
5217 current insn is to be computed.
5218 @end table
5219
5220 @cindex @code{addr_vec}, length of
5221 @cindex @code{addr_diff_vec}, length of
5222 For normal insns, the length will be determined by value of the
5223 @samp{length} attribute.  In the case of @code{addr_vec} and
5224 @code{addr_diff_vec} insn patterns, the length is computed as
5225 the number of vectors multiplied by the size of each vector.
5226
5227 Lengths are measured in addressable storage units (bytes).
5228
5229 The following macros can be used to refine the length computation:
5230
5231 @table @code
5232 @findex FIRST_INSN_ADDRESS
5233 @item FIRST_INSN_ADDRESS
5234 When the @code{length} insn attribute is used, this macro specifies the
5235 value to be assigned to the address of the first insn in a function.  If
5236 not specified, 0 is used.
5237
5238 @findex ADJUST_INSN_LENGTH
5239 @item ADJUST_INSN_LENGTH (@var{insn}, @var{length})
5240 If defined, modifies the length assigned to instruction @var{insn} as a
5241 function of the context in which it is used.  @var{length} is an lvalue
5242 that contains the initially computed length of the insn and should be
5243 updated with the correct length of the insn.
5244
5245 This macro will normally not be required.  A case in which it is
5246 required is the ROMP@.  On this machine, the size of an @code{addr_vec}
5247 insn must be increased by two to compensate for the fact that alignment
5248 may be required.
5249 @end table
5250
5251 @findex get_attr_length
5252 The routine that returns @code{get_attr_length} (the value of the
5253 @code{length} attribute) can be used by the output routine to
5254 determine the form of the branch instruction to be written, as the
5255 example below illustrates.
5256
5257 As an example of the specification of variable-length branches, consider
5258 the IBM 360.  If we adopt the convention that a register will be set to
5259 the starting address of a function, we can jump to labels within 4k of
5260 the start using a four-byte instruction.  Otherwise, we need a six-byte
5261 sequence to load the address from memory and then branch to it.
5262
5263 On such a machine, a pattern for a branch instruction might be specified
5264 as follows:
5265
5266 @smallexample
5267 (define_insn "jump"
5268   [(set (pc)
5269         (label_ref (match_operand 0 "" "")))]
5270   ""
5271 @{
5272    return (get_attr_length (insn) == 4
5273            ? "b %l0" : "l r15,=a(%l0); br r15");
5274 @}
5275   [(set (attr "length")
5276         (if_then_else (lt (match_dup 0) (const_int 4096))
5277                       (const_int 4)
5278                       (const_int 6)))])
5279 @end smallexample
5280
5281 @node Constant Attributes
5282 @subsection Constant Attributes
5283 @cindex constant attributes
5284
5285 A special form of @code{define_attr}, where the expression for the
5286 default value is a @code{const} expression, indicates an attribute that
5287 is constant for a given run of the compiler.  Constant attributes may be
5288 used to specify which variety of processor is used.  For example,
5289
5290 @smallexample
5291 (define_attr "cpu" "m88100,m88110,m88000"
5292  (const
5293   (cond [(symbol_ref "TARGET_88100") (const_string "m88100")
5294          (symbol_ref "TARGET_88110") (const_string "m88110")]
5295         (const_string "m88000"))))
5296
5297 (define_attr "memory" "fast,slow"
5298  (const
5299   (if_then_else (symbol_ref "TARGET_FAST_MEM")
5300                 (const_string "fast")
5301                 (const_string "slow"))))
5302 @end smallexample
5303
5304 The routine generated for constant attributes has no parameters as it
5305 does not depend on any particular insn.  RTL expressions used to define
5306 the value of a constant attribute may use the @code{symbol_ref} form,
5307 but may not use either the @code{match_operand} form or @code{eq_attr}
5308 forms involving insn attributes.
5309
5310 @node Delay Slots
5311 @subsection Delay Slot Scheduling
5312 @cindex delay slots, defining
5313
5314 The insn attribute mechanism can be used to specify the requirements for
5315 delay slots, if any, on a target machine.  An instruction is said to
5316 require a @dfn{delay slot} if some instructions that are physically
5317 after the instruction are executed as if they were located before it.
5318 Classic examples are branch and call instructions, which often execute
5319 the following instruction before the branch or call is performed.
5320
5321 On some machines, conditional branch instructions can optionally
5322 @dfn{annul} instructions in the delay slot.  This means that the
5323 instruction will not be executed for certain branch outcomes.  Both
5324 instructions that annul if the branch is true and instructions that
5325 annul if the branch is false are supported.
5326
5327 Delay slot scheduling differs from instruction scheduling in that
5328 determining whether an instruction needs a delay slot is dependent only
5329 on the type of instruction being generated, not on data flow between the
5330 instructions.  See the next section for a discussion of data-dependent
5331 instruction scheduling.
5332
5333 @findex define_delay
5334 The requirement of an insn needing one or more delay slots is indicated
5335 via the @code{define_delay} expression.  It has the following form:
5336
5337 @smallexample
5338 (define_delay @var{test}
5339               [@var{delay-1} @var{annul-true-1} @var{annul-false-1}
5340                @var{delay-2} @var{annul-true-2} @var{annul-false-2}
5341                @dots{}])
5342 @end smallexample
5343
5344 @var{test} is an attribute test that indicates whether this
5345 @code{define_delay} applies to a particular insn.  If so, the number of
5346 required delay slots is determined by the length of the vector specified
5347 as the second argument.  An insn placed in delay slot @var{n} must
5348 satisfy attribute test @var{delay-n}.  @var{annul-true-n} is an
5349 attribute test that specifies which insns may be annulled if the branch
5350 is true.  Similarly, @var{annul-false-n} specifies which insns in the
5351 delay slot may be annulled if the branch is false.  If annulling is not
5352 supported for that delay slot, @code{(nil)} should be coded.
5353
5354 For example, in the common case where branch and call insns require
5355 a single delay slot, which may contain any insn other than a branch or
5356 call, the following would be placed in the @file{md} file:
5357
5358 @smallexample
5359 (define_delay (eq_attr "type" "branch,call")
5360               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5361 @end smallexample
5362
5363 Multiple @code{define_delay} expressions may be specified.  In this
5364 case, each such expression specifies different delay slot requirements
5365 and there must be no insn for which tests in two @code{define_delay}
5366 expressions are both true.
5367
5368 For example, if we have a machine that requires one delay slot for branches
5369 but two for calls,  no delay slot can contain a branch or call insn,
5370 and any valid insn in the delay slot for the branch can be annulled if the
5371 branch is true, we might represent this as follows:
5372
5373 @smallexample
5374 (define_delay (eq_attr "type" "branch")
5375    [(eq_attr "type" "!branch,call")
5376     (eq_attr "type" "!branch,call")
5377     (nil)])
5378
5379 (define_delay (eq_attr "type" "call")
5380               [(eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)
5381                (eq_attr "type" "!branch,call") (nil) (nil)])
5382 @end smallexample
5383 @c the above is *still* too long.  --mew 4feb93
5384
5385 @node Processor pipeline description
5386 @subsection Specifying processor pipeline description
5387 @cindex processor pipeline description
5388 @cindex processor functional units
5389 @cindex instruction latency time
5390 @cindex interlock delays
5391 @cindex data dependence delays
5392 @cindex reservation delays
5393 @cindex pipeline hazard recognizer
5394 @cindex automaton based pipeline description
5395 @cindex regular expressions
5396 @cindex deterministic finite state automaton
5397 @cindex automaton based scheduler
5398 @cindex RISC
5399 @cindex VLIW
5400
5401 To achieve better performance, most modern processors
5402 (super-pipelined, superscalar @acronym{RISC}, and @acronym{VLIW}
5403 processors) have many @dfn{functional units} on which several
5404 instructions can be executed simultaneously.  An instruction starts
5405 execution if its issue conditions are satisfied.  If not, the
5406 instruction is stalled until its conditions are satisfied.  Such
5407 @dfn{interlock (pipeline) delay} causes interruption of the fetching
5408 of successor instructions (or demands nop instructions, e.g. for some
5409 MIPS processors).
5410
5411 There are two major kinds of interlock delays in modern processors.
5412 The first one is a data dependence delay determining @dfn{instruction
5413 latency time}.  The instruction execution is not started until all
5414 source data have been evaluated by prior instructions (there are more
5415 complex cases when the instruction execution starts even when the data
5416 are not available but will be ready in given time after the
5417 instruction execution start).  Taking the data dependence delays into
5418 account is simple.  The data dependence (true, output, and
5419 anti-dependence) delay between two instructions is given by a
5420 constant.  In most cases this approach is adequate.  The second kind
5421 of interlock delays is a reservation delay.  The reservation delay
5422 means that two instructions under execution will be in need of shared
5423 processors resources, i.e. buses, internal registers, and/or
5424 functional units, which are reserved for some time.  Taking this kind
5425 of delay into account is complex especially for modern @acronym{RISC}
5426 processors.
5427
5428 The task of exploiting more processor parallelism is solved by an
5429 instruction scheduler.  For a better solution to this problem, the
5430 instruction scheduler has to have an adequate description of the
5431 processor parallelism (or @dfn{pipeline description}).  Currently GCC 
5432 provides two alternative ways to describe processor parallelism,
5433 both described below.  The first method is outlined in the next section;
5434 it was once the only method provided by GCC, and thus is used in a number
5435 of exiting ports.  The second, and preferred method, specifies functional
5436 unit reservations for groups of instructions with the aid of @dfn{regular
5437 expressions}.  This is called the @dfn{automaton based description}.    
5438
5439 The GCC instruction scheduler uses a @dfn{pipeline hazard recognizer} to
5440 figure out the possibility of the instruction issue by the processor
5441 on a given simulated processor cycle.  The pipeline hazard recognizer is
5442 automatically generated from the processor pipeline description.  The
5443 pipeline hazard recognizer generated from the automaton based
5444 description is more sophisticated and based on a deterministic finite
5445 state automaton (@acronym{DFA}) and therefore faster than one
5446 generated from the old description.  Furthermore, its speed is not dependent
5447 on processor complexity.  The instruction issue is possible if there is
5448 a transition from one automaton state to another one.
5449
5450 You can use any model to describe processor pipeline characteristics
5451 or even a mix of them.  You could use the old description for some
5452 processor submodels and the @acronym{DFA}-based one for the rest
5453 processor submodels.
5454
5455 In general, the usage of the automaton based description is more
5456 preferable.  Its model is more rich.  It permits to describe more
5457 accurately pipeline characteristics of processors which results in
5458 improving code quality (although sometimes only on several percent
5459 fractions).  It will be also used as an infrastructure to implement
5460 sophisticated and practical insn scheduling which will try many
5461 instruction sequences to choose the best one.
5462
5463
5464 @menu
5465 * Old pipeline description:: Specifying information for insn scheduling.
5466 * Automaton pipeline description:: Describing insn pipeline characteristics.
5467 * Comparison of the two descriptions:: Drawbacks of the old pipeline description
5468 @end menu
5469
5470 @node Old pipeline description
5471 @subsubsection Specifying Function Units
5472 @cindex old pipeline description
5473 @cindex function units, for scheduling
5474
5475 On most @acronym{RISC} machines, there are instructions whose results
5476 are not available for a specific number of cycles.  Common cases are
5477 instructions that load data from memory.  On many machines, a pipeline
5478 stall will result if the data is referenced too soon after the load
5479 instruction.
5480
5481 In addition, many newer microprocessors have multiple function units, usually
5482 one for integer and one for floating point, and often will incur pipeline
5483 stalls when a result that is needed is not yet ready.
5484
5485 The descriptions in this section allow the specification of how much
5486 time must elapse between the execution of an instruction and the time
5487 when its result is used.  It also allows specification of when the
5488 execution of an instruction will delay execution of similar instructions
5489 due to function unit conflicts.
5490
5491 For the purposes of the specifications in this section, a machine is
5492 divided into @dfn{function units}, each of which execute a specific
5493 class of instructions in first-in-first-out order.  Function units
5494 that accept one instruction each cycle and allow a result to be used
5495 in the succeeding instruction (usually via forwarding) need not be
5496 specified.  Classic @acronym{RISC} microprocessors will normally have
5497 a single function unit, which we can call @samp{memory}.  The newer
5498 ``superscalar'' processors will often have function units for floating
5499 point operations, usually at least a floating point adder and
5500 multiplier.
5501
5502 @findex define_function_unit
5503 Each usage of a function units by a class of insns is specified with a
5504 @code{define_function_unit} expression, which looks like this:
5505
5506 @smallexample
5507 (define_function_unit @var{name} @var{multiplicity} @var{simultaneity}
5508                       @var{test} @var{ready-delay} @var{issue-delay}
5509                      [@var{conflict-list}])
5510 @end smallexample
5511
5512 @var{name} is a string giving the name of the function unit.
5513
5514 @var{multiplicity} is an integer specifying the number of identical
5515 units in the processor.  If more than one unit is specified, they will
5516 be scheduled independently.  Only truly independent units should be
5517 counted; a pipelined unit should be specified as a single unit.  (The
5518 only common example of a machine that has multiple function units for a
5519 single instruction class that are truly independent and not pipelined
5520 are the two multiply and two increment units of the CDC 6600.)
5521
5522 @var{simultaneity} specifies the maximum number of insns that can be
5523 executing in each instance of the function unit simultaneously or zero
5524 if the unit is pipelined and has no limit.
5525
5526 All @code{define_function_unit} definitions referring to function unit
5527 @var{name} must have the same name and values for @var{multiplicity} and
5528 @var{simultaneity}.
5529
5530 @var{test} is an attribute test that selects the insns we are describing
5531 in this definition.  Note that an insn may use more than one function
5532 unit and a function unit may be specified in more than one
5533 @code{define_function_unit}.
5534
5535 @var{ready-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5536 after which the result of the instruction can be used without
5537 introducing any stalls.
5538
5539 @var{issue-delay} is an integer that specifies the number of cycles
5540 after the instruction matching the @var{test} expression begins using
5541 this unit until a subsequent instruction can begin.  A cost of @var{N}
5542 indicates an @var{N-1} cycle delay.  A subsequent instruction may also
5543 be delayed if an earlier instruction has a longer @var{ready-delay}
5544 value.  This blocking effect is computed using the @var{simultaneity},
5545 @var{ready-delay}, @var{issue-delay}, and @var{conflict-list} terms.
5546 For a normal non-pipelined function unit, @var{simultaneity} is one, the
5547 unit is taken to block for the @var{ready-delay} cycles of the executing
5548 insn, and smaller values of @var{issue-delay} are ignored.
5549
5550 @var{conflict-list} is an optional list giving detailed conflict costs
5551 for this unit.  If specified, it is a list of condition test expressions
5552 to be applied to insns chosen to execute in @var{name} following the
5553 particular insn matching @var{test} that is already executing in
5554 @var{name}.  For each insn in the list, @var{issue-delay} specifies the
5555 conflict cost; for insns not in the list, the cost is zero.  If not
5556 specified, @var{conflict-list} defaults to all instructions that use the
5557 function unit.
5558
5559 Typical uses of this vector are where a floating point function unit can
5560 pipeline either single- or double-precision operations, but not both, or
5561 where a memory unit can pipeline loads, but not stores, etc.
5562
5563 As an example, consider a classic @acronym{RISC} machine where the
5564 result of a load instruction is not available for two cycles (a single
5565 ``delay'' instruction is required) and where only one load instruction
5566 can be executed simultaneously.  This would be specified as:
5567
5568 @smallexample
5569 (define_function_unit "memory" 1 1 (eq_attr "type" "load") 2 0)
5570 @end smallexample
5571
5572 For the case of a floating point function unit that can pipeline either
5573 single or double precision, but not both, the following could be specified:
5574
5575 @smallexample
5576 (define_function_unit
5577    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "sp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "dp_fp")])
5578 (define_function_unit
5579    "fp" 1 0 (eq_attr "type" "dp_fp") 4 4 [(eq_attr "type" "sp_fp")])
5580 @end smallexample
5581
5582 @strong{Note:} The scheduler attempts to avoid function unit conflicts
5583 and uses all the specifications in the @code{define_function_unit}
5584 expression.  It has recently come to our attention that these
5585 specifications may not allow modeling of some of the newer
5586 ``superscalar'' processors that have insns using multiple pipelined
5587 units.  These insns will cause a potential conflict for the second unit
5588 used during their execution and there is no way of representing that
5589 conflict.  We welcome any examples of how function unit conflicts work
5590 in such processors and suggestions for their representation.
5591
5592 @node Automaton pipeline description
5593 @subsubsection Describing instruction pipeline characteristics
5594 @cindex automaton based pipeline description
5595
5596 This section describes constructions of the automaton based processor
5597 pipeline description.  The order of all mentioned below constructions
5598 in the machine description file is not important.
5599
5600 @findex define_automaton
5601 @cindex pipeline hazard recognizer
5602 The following optional construction describes names of automata
5603 generated and used for the pipeline hazards recognition.  Sometimes
5604 the generated finite state automaton used by the pipeline hazard
5605 recognizer is large.  If we use more than one automaton and bind functional
5606 units to the automata, the summary size of the automata usually is
5607 less than the size of the single automaton.  If there is no one such
5608 construction, only one finite state automaton is generated.
5609
5610 @smallexample
5611 (define_automaton @var{automata-names})
5612 @end smallexample
5613
5614 @var{automata-names} is a string giving names of the automata.  The
5615 names are separated by commas.  All the automata should have unique names.
5616 The automaton name is used in construction @code{define_cpu_unit} and
5617 @code{define_query_cpu_unit}.
5618
5619 @findex define_cpu_unit
5620 @cindex processor functional units
5621 Each processor functional unit used in description of instruction
5622 reservations should be described by the following construction.
5623
5624 @smallexample
5625 (define_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5626 @end smallexample
5627
5628 @var{unit-names} is a string giving the names of the functional units
5629 separated by commas.  Don't use name @samp{nothing}, it is reserved
5630 for other goals.
5631
5632 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5633 which the unit is bound.  The automaton should be described in
5634 construction @code{define_automaton}.  You should give
5635 @dfn{automaton-name}, if there is a defined automaton.
5636
5637 @findex define_query_cpu_unit
5638 @cindex querying function unit reservations
5639 The following construction describes CPU functional units analogously
5640 to @code{define_cpu_unit}.  If we use automata without their
5641 minimization, the reservation of such units can be queried for an
5642 automaton state.  The instruction scheduler never queries reservation
5643 of functional units for given automaton state.  So as a rule, you
5644 don't need this construction.  This construction could be used for
5645 future code generation goals (e.g. to generate @acronym{VLIW} insn
5646 templates).
5647
5648 @smallexample
5649 (define_query_cpu_unit @var{unit-names} [@var{automaton-name}])
5650 @end smallexample
5651
5652 @var{unit-names} is a string giving names of the functional units
5653 separated by commas.
5654
5655 @var{automaton-name} is a string giving the name of the automaton with
5656 which the unit is bound.
5657
5658 @findex define_insn_reservation
5659 @cindex instruction latency time
5660 @cindex regular expressions
5661 @cindex data bypass
5662 The following construction is the major one to describe pipeline
5663 characteristics of an instruction.
5664
5665 @smallexample
5666 (define_insn_reservation @var{insn-name} @var{default_latency}
5667                          @var{condition} @var{regexp})
5668 @end smallexample
5669
5670 @var{default_latency} is a number giving latency time of the
5671 instruction.  There is an important difference between the old
5672 description and the automaton based pipeline description.  The latency
5673 time is used for all dependencies when we use the old description.  In
5674 the automaton based pipeline description, the given latency time is only
5675 used for true dependencies.  The cost of anti-dependencies is always
5676 zero and the cost of output dependencies is the difference between
5677 latency times of the producing and consuming insns (if the difference
5678 is negative, the cost is considered to be zero).  You can always
5679 change the default costs for any description by using the target hook
5680 @code{TARGET_SCHED_ADJUST_COST} (@pxref{Scheduling}).
5681
5682 @var{insn-names} is a string giving the internal name of the insn.  The
5683 internal names are used in constructions @code{define_bypass} and in
5684 the automaton description file generated for debugging.  The internal
5685 name has nothing in common with the names in @code{define_insn}.  It is a
5686 good practice to use insn classes described in the processor manual.
5687
5688 @var{condition} defines what RTL insns are described by this
5689 construction.  You should remember that you will be in trouble if
5690 @var{condition} for two or more different
5691 @code{define_insn_reservation} constructions is TRUE for an insn.  In
5692 this case what reservation will be used for the insn is not defined.
5693 Such cases are not checked during generation of the pipeline hazards
5694 recognizer because in general recognizing that two conditions may have
5695 the same value is quite difficult (especially if the conditions
5696 contain @code{symbol_ref}).  It is also not checked during the
5697 pipeline hazard recognizer work because it would slow down the
5698 recognizer considerably.
5699
5700 @var{regexp} is a string describing the reservation of the cpu's functional
5701 units by the instruction.  The reservations are described by a regular
5702 expression according to the following syntax:
5703
5704 @smallexample
5705        regexp = regexp "," oneof
5706               | oneof
5707
5708        oneof = oneof "|" allof
5709              | allof
5710
5711        allof = allof "+" repeat
5712              | repeat
5713  
5714        repeat = element "*" number
5715               | element
5716
5717        element = cpu_function_unit_name
5718                | reservation_name
5719                | result_name
5720                | "nothing"
5721                | "(" regexp ")"
5722 @end smallexample
5723
5724 @itemize @bullet
5725 @item
5726 @samp{,} is used for describing the start of the next cycle in
5727 the reservation.
5728
5729 @item
5730 @samp{|} is used for describing a reservation described by the first
5731 regular expression @strong{or} a reservation described by the second
5732 regular expression @strong{or} etc.
5733
5734 @item
5735 @samp{+} is used for describing a reservation described by the first
5736 regular expression @strong{and} a reservation described by the
5737 second regular expression @strong{and} etc.
5738
5739 @item
5740 @samp{*} is used for convenience and simply means a sequence in which
5741 the regular expression are repeated @var{number} times with cycle
5742 advancing (see @samp{,}).
5743
5744 @item
5745 @samp{cpu_function_unit_name} denotes reservation of the named
5746 functional unit.
5747
5748 @item
5749 @samp{reservation_name} --- see description of construction
5750 @samp{define_reservation}.
5751
5752 @item
5753 @samp{nothing} denotes no unit reservations.
5754 @end itemize
5755
5756 @findex define_reservation
5757 Sometimes unit reservations for different insns contain common parts.
5758 In such case, you can simplify the pipeline description by describing
5759 the common part by the following construction
5760
5761 @smallexample
5762 (define_reservation @var{reservation-name} @var{regexp})
5763 @end smallexample
5764
5765 @var{reservation-name} is a string giving name of @var{regexp}.
5766 Functional unit names and reservation names are in the same name
5767 space.  So the reservation names should be different from the
5768 functional unit names and can not be reserved name @samp{nothing}.
5769
5770 @findex define_bypass
5771 @cindex instruction latency time
5772 @cindex data bypass
5773 The following construction is used to describe exceptions in the
5774 latency time for given instruction pair.  This is so called bypasses.
5775
5776 @smallexample
5777 (define_bypass @var{number} @var{out_insn_names} @var{in_insn_names}
5778                [@var{guard}])
5779 @end smallexample
5780
5781 @var{number} defines when the result generated by the instructions
5782 given in string @var{out_insn_names} will be ready for the
5783 instructions given in string @var{in_insn_names}.  The instructions in
5784 the string are separated by commas.
5785
5786 @var{guard} is an optional string giving the name of a C function which
5787 defines an additional guard for the bypass.  The function will get the
5788 two insns as parameters.  If the function returns zero the bypass will
5789 be ignored for this case.  The additional guard is necessary to
5790 recognize complicated bypasses, e.g. when the consumer is only an address
5791 of insn @samp{store} (not a stored value).
5792
5793 @findex exclusion_set
5794 @findex presence_set
5795 @findex absence_set
5796 @cindex VLIW
5797 @cindex RISC
5798 Usually the following three constructions are used to describe
5799 @acronym{VLIW} processors (more correctly to describe a placement of
5800 small insns into @acronym{VLIW} insn slots).  Although they can be
5801 used for @acronym{RISC} processors too.
5802
5803 @smallexample
5804 (exclusion_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5805 (presence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5806 (absence_set @var{unit-names} @var{unit-names})
5807 @end smallexample
5808
5809 @var{unit-names} is a string giving names of functional units
5810 separated by commas.
5811
5812 The first construction (@samp{exclusion_set}) means that each
5813 functional unit in the first string can not be reserved simultaneously
5814 with a unit whose name is in the second string and vice versa.  For
5815 example, the construction is useful for describing processors
5816 (e.g. some SPARC processors) with a fully pipelined floating point
5817 functional unit which can execute simultaneously only single floating
5818 point insns or only double floating point insns.
5819
5820 The second construction (@samp{presence_set}) means that each
5821 functional unit in the first string can not be reserved unless at
5822 least one of units whose names are in the second string is reserved.
5823 This is an asymmetric relation.  For example, it is useful for
5824 description that @acronym{VLIW} @samp{slot1} is reserved after
5825 @samp{slot0} reservation.
5826
5827 The third construction (@samp{absence_set}) means that each functional
5828 unit in the first string can be reserved only if each unit whose name
5829 is in the second string is not reserved.  This is an asymmetric
5830 relation (actually @samp{exclusion_set} is analogous to this one but
5831 it is symmetric).  For example, it is useful for description that
5832 @acronym{VLIW} @samp{slot0} can not be reserved after @samp{slot1} or
5833 @samp{slot2} reservation.
5834
5835 All functional units mentioned in a set should belong to the same
5836 automaton.
5837
5838 @findex automata_option
5839 @cindex deterministic finite state automaton
5840 @cindex nondeterministic finite state automaton
5841 @cindex finite state automaton minimization
5842 You can control the generator of the pipeline hazard recognizer with
5843 the following construction.
5844
5845 @smallexample
5846 (automata_option @var{options})
5847 @end smallexample
5848
5849 @var{options} is a string giving options which affect the generated
5850 code.  Currently there are the following options:
5851
5852 @itemize @bullet
5853 @item
5854 @dfn{no-minimization} makes no minimization of the automaton.  This is
5855 only worth to do when we are going to query CPU functional unit
5856 reservations in an automaton state.
5857
5858 @item
5859 @dfn{time} means printing additional time statistics about
5860 generation of automata.
5861
5862 @item
5863 @dfn{v} means a generation of the file describing the result automata.
5864 The file has suffix @samp{.dfa} and can be used for the description
5865 verification and debugging.
5866
5867 @item
5868 @dfn{w} means a generation of warning instead of error for
5869 non-critical errors.
5870
5871 @item
5872 @dfn{ndfa} makes nondeterministic finite state automata.  This affects
5873 the treatment of operator @samp{|} in the regular expressions.  The
5874 usual treatment of the operator is to try the first alternative and,
5875 if the reservation is not possible, the second alternative.  The
5876 nondeterministic treatment means trying all alternatives, some of them
5877 may be rejected by reservations in the subsequent insns.  You can not
5878 query functional unit reservations in nondeterministic automaton
5879 states.
5880 @end itemize
5881
5882 As an example, consider a superscalar @acronym{RISC} machine which can
5883 issue three insns (two integer insns and one floating point insn) on
5884 the cycle but can finish only two insns.  To describe this, we define
5885 the following functional units.
5886
5887 @smallexample
5888 (define_cpu_unit "i0_pipeline, i1_pipeline, f_pipeline")
5889 (define_cpu_unit "port0, port1")
5890 @end smallexample
5891
5892 All simple integer insns can be executed in any integer pipeline and
5893 their result is ready in two cycles.  The simple integer insns are
5894 issued into the first pipeline unless it is reserved, otherwise they
5895 are issued into the second pipeline.  Integer division and
5896 multiplication insns can be executed only in the second integer
5897 pipeline and their results are ready correspondingly in 8 and 4
5898 cycles.  The integer division is not pipelined, i.e. the subsequent
5899 integer division insn can not be issued until the current division
5900 insn finished.  Floating point insns are fully pipelined and their
5901 results are ready in 3 cycles.  Where the result of a floating point
5902 insn is used by an integer insn, an additional delay of one cycle is
5903 incurred.  To describe all of this we could specify
5904
5905 @smallexample
5906 (define_cpu_unit "div")
5907
5908 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5909                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), (port0 | port1)")
5910
5911 (define_insn_reservation "mult" 4 (eq_attr "cpu" "mult")
5912                          "i1_pipeline, nothing*2, (port0 | port1)")
5913
5914 (define_insn_reservation "div" 8 (eq_attr "cpu" "div")
5915                          "i1_pipeline, div*7, div + (port0 | port1)")
5916
5917 (define_insn_reservation "float" 3 (eq_attr "cpu" "float")
5918                          "f_pipeline, nothing, (port0 | port1))
5919
5920 (define_bypass 4 "float" "simple,mult,div")
5921 @end smallexample
5922
5923 To simplify the description we could describe the following reservation
5924
5925 @smallexample
5926 (define_reservation "finish" "port0|port1")
5927 @end smallexample
5928
5929 and use it in all @code{define_insn_reservation} as in the following
5930 construction
5931
5932 @smallexample
5933 (define_insn_reservation "simple" 2 (eq_attr "cpu" "int")
5934                          "(i0_pipeline | i1_pipeline), finish")
5935 @end smallexample
5936
5937
5938 @node Comparison of the two descriptions
5939 @subsubsection Drawbacks of the old pipeline description
5940 @cindex old pipeline description
5941 @cindex automaton based pipeline description
5942 @cindex processor functional units
5943 @cindex interlock delays
5944 @cindex instruction latency time
5945 @cindex pipeline hazard recognizer
5946 @cindex data bypass
5947
5948 The old instruction level parallelism description and the pipeline
5949 hazards recognizer based on it have the following drawbacks in
5950 comparison with the @acronym{DFA}-based ones:
5951   
5952 @itemize @bullet
5953 @item
5954 Each functional unit is believed to be reserved at the instruction
5955 execution start.  This is a very inaccurate model for modern
5956 processors.
5957
5958 @item
5959 An inadequate description of instruction latency times.  The latency
5960 time is bound with a functional unit reserved by an instruction not
5961 with the instruction itself.  In other words, the description is
5962 oriented to describe at most one unit reservation by each instruction.
5963 It also does not permit to describe special bypasses between
5964 instruction pairs.
5965
5966 @item
5967 The implementation of the pipeline hazard recognizer interface has
5968 constraints on number of functional units.  This is a number of bits
5969 in integer on the host machine.
5970
5971 @item
5972 The interface to the pipeline hazard recognizer is more complex than
5973 one to the automaton based pipeline recognizer.
5974
5975 @item
5976 An unnatural description when you write a unit and a condition which
5977 selects instructions using the unit.  Writing all unit reservations
5978 for an instruction (an instruction class) is more natural.
5979
5980 @item
5981 The recognition of the interlock delays has a slow implementation.  The GCC
5982 scheduler supports structures which describe the unit reservations.
5983 The more functional units a processor has, the slower its pipeline hazard
5984 recognizer will be.  Such an implementation would become even slower when we
5985 allowed to
5986 reserve functional units not only at the instruction execution start.
5987 In an automaton based pipeline hazard recognizer, speed is not dependent
5988 on processor complexity.
5989 @end itemize
5990
5991 @node Conditional Execution
5992 @section Conditional Execution
5993 @cindex conditional execution
5994 @cindex predication
5995
5996 A number of architectures provide for some form of conditional
5997 execution, or predication.  The hallmark of this feature is the
5998 ability to nullify most of the instructions in the instruction set.
5999 When the instruction set is large and not entirely symmetric, it
6000 can be quite tedious to describe these forms directly in the
6001 @file{.md} file.  An alternative is the @code{define_cond_exec} template.
6002
6003 @findex define_cond_exec
6004 @smallexample
6005 (define_cond_exec
6006   [@var{predicate-pattern}]
6007   "@var{condition}"
6008   "@var{output-template}")
6009 @end smallexample
6010
6011 @var{predicate-pattern} is the condition that must be true for the
6012 insn to be executed at runtime and should match a relational operator.
6013 One can use @code{match_operator} to match several relational operators
6014 at once.  Any @code{match_operand} operands must have no more than one
6015 alternative.
6016
6017 @var{condition} is a C expression that must be true for the generated
6018 pattern to match.
6019
6020 @findex current_insn_predicate
6021 @var{output-template} is a string similar to the @code{define_insn}
6022 output template (@pxref{Output Template}), except that the @samp{*}
6023 and @samp{@@} special cases do not apply.  This is only useful if the
6024 assembly text for the predicate is a simple prefix to the main insn.
6025 In order to handle the general case, there is a global variable
6026 @code{current_insn_predicate} that will contain the entire predicate
6027 if the current insn is predicated, and will otherwise be @code{NULL}.
6028
6029 When @code{define_cond_exec} is used, an implicit reference to
6030 the @code{predicable} instruction attribute is made.
6031 @xref{Insn Attributes}.  This attribute must be boolean (i.e.@: have
6032 exactly two elements in its @var{list-of-values}).  Further, it must
6033 not be used with complex expressions.  That is, the default and all
6034 uses in the insns must be a simple constant, not dependent on the
6035 alternative or anything else.
6036
6037 For each @code{define_insn} for which the @code{predicable}
6038 attribute is true, a new @code{define_insn} pattern will be
6039 generated that matches a predicated version of the instruction.
6040 For example,
6041
6042 @smallexample
6043 (define_insn "addsi"
6044   [(set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6045         (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6046                  (match_operand:SI 2 "register_operand" "r")))]
6047   "@var{test1}"
6048   "add %2,%1,%0")
6049
6050 (define_cond_exec
6051   [(ne (match_operand:CC 0 "register_operand" "c")
6052        (const_int 0))]
6053   "@var{test2}"
6054   "(%0)")
6055 @end smallexample
6056
6057 @noindent
6058 generates a new pattern
6059
6060 @smallexample
6061 (define_insn ""
6062   [(cond_exec
6063      (ne (match_operand:CC 3 "register_operand" "c") (const_int 0))
6064      (set (match_operand:SI 0 "register_operand" "r")
6065           (plus:SI (match_operand:SI 1 "register_operand" "r")
6066                    (match_operand:SI 2 "register_operand" "r"))))]
6067   "(@var{test2}) && (@var{test1})"
6068   "(%3) add %2,%1,%0")
6069 @end smallexample
6070
6071 @node Constant Definitions
6072 @section Constant Definitions
6073 @cindex constant definitions
6074 @findex define_constants
6075
6076 Using literal constants inside instruction patterns reduces legibility and
6077 can be a maintenance problem.
6078
6079 To overcome this problem, you may use the @code{define_constants}
6080 expression.  It contains a vector of name-value pairs.  From that
6081 point on, wherever any of the names appears in the MD file, it is as
6082 if the corresponding value had been written instead.  You may use
6083 @code{define_constants} multiple times; each appearance adds more
6084 constants to the table.  It is an error to redefine a constant with
6085 a different value.
6086
6087 To come back to the a29k load multiple example, instead of
6088
6089 @smallexample
6090 (define_insn ""
6091   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6092      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6093            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6094       (use (reg:SI 179))
6095       (clobber (reg:SI 179))])]
6096   ""
6097   "loadm 0,0,%1,%2")
6098 @end smallexample
6099
6100 You could write:
6101
6102 @smallexample
6103 (define_constants [
6104     (R_BP 177)
6105     (R_FC 178)
6106     (R_CR 179)
6107     (R_Q  180)
6108 ])
6109
6110 (define_insn ""
6111   [(match_parallel 0 "load_multiple_operation"
6112      [(set (match_operand:SI 1 "gpc_reg_operand" "=r")
6113            (match_operand:SI 2 "memory_operand" "m"))
6114       (use (reg:SI R_CR))
6115       (clobber (reg:SI R_CR))])]
6116   ""
6117   "loadm 0,0,%1,%2")
6118 @end smallexample
6119
6120 The constants that are defined with a define_constant are also output
6121 in the insn-codes.h header file as #defines.
6122 @end ifset